隧道多中继协作通信系统功率分配与容量优化

基于多波模信道模型建立了矩形隧道多中继协作通信系统模型,给出了放大转发和译码转发协作模式下多中继协作通信系统的信道容量计算公式。在系统总功率受限的情况下,提出了基于遗传算法的隧道多中继放大转发协作通信系统优化功率分配方法和隧道多中继译码转发协作通信系统多重KKT优化功率分配方法,以优化系统的信道容量。仿真结果表明,隧道多中继协作通信系统优化功率分配方法可提升系统的信道容量。     

高信噪比下HDAF协议中的最优功率分配的新方案

混合译码放大转发(Hybrid Decode-Amplify-Forward,HDAF)协议与放大转发、译码转发协议相比,能在很大程度上提高系统的性能,成为近年来的研究热点。在此,研究了在混合译码放大转发协议下的最优功率分配问题。首先推导了高信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)下混合译码放大转发协议中的误符号率的近似和实用的表达式;然后通过建立数学模型,在满足总功率一定的情况下,以最小化系统的误符号率为目标,优化分配系统的总功率;最后在Matlab环境下验证推导结果并做了大量的仿真实验。实验结果表明,所推导的近似的误符号率的表达式与实际误符号率在稍高的信噪比下具有很好的吻合度。混合译码放大转发协议的最优功率分配因子不仅与源节点到中继节点、中继节点到目的节点的信道质量有关,而且与系统的总功率有关。研究发现,随着系统总功率的增大,最优功率分配因子将趋近于1/2。     

基于混合译码放大转发的最优中继选择方案

为在较低误码率的基础上延长网络寿命,提出基于混合译码放大转发(AF)中继策略的最优中继选择方案。通过构造基于目的节点接收信噪比和网络寿命中继选择的联合优化函数,实现最优中继的选择。设定中继节点的接收信噪比门限,根据信噪比门限值,将所有的中继节点分为AF和译码转发2种中继策略转发类型,分别计算2种类型的中继节点在目的节点的接收信噪比,根据中继选择的联合优化函数合理选择最优中继。仿真结果表明,在相同条件下,与基于AF的中继选择方案相比,该方案不仅在误码率性能方面有明显改善,而且可以延长网络寿命,提升系统性能。     

一种改进的自适应全双工中继系统中继策略

提出了一种基于源节点到中继节点(SR)信噪比门限和中继节点最小自干扰的全双工中继策略,并在此基础上与SR最大信噪比的全双工中继策略相结合,构建了一种改进的自适应全双工中继系统。在对等功率分配条件下使用DF协议转发时对自适应全双工中继系统的中断概率进行了分析,结果表明 与自适应半双工中继策略相比,提出的自适应全双工中继系统的中断概率更低。与基于SR最大信噪比的全双工中继策略相比,一般情况下,当SR信噪比系数较大时,自干扰信号也较强,此时所提自适应全双工中继系统采用基于SR门限和最小自干扰的中继策略,中断概率较低;而在自干扰信号较小的情况下,该自适应全双工中继系统将采用基于最大SR信噪比的全双工中继系统的中继策略,能维持较好的中断性能。     

多用户协作NOMA系统中的最优中继选择策略

在多用户协作非正交多址接入(NOMA)系统中,针对传统中继转发方式单一,中断性能较差的问题,提出了一种基于混合译码/放大转发(HDAF)协议的改进式最优中继选择策略.该策略以中继能否成功解码信号为依据,将多个中继划分为DF候选中继子集与AF候选中继子集,并选出其中接收信噪比最高的中继参与协作.为了进一步提升系统的通信性能,本文还引入自动重传(ARQ)技术,提出了一种基于增量混合译码/放大转发(IHDAF)协议的中继选择策略.分别推导了两种策略下系统中断概率的闭式表达,并通过蒙特卡罗实验对不同策略的中断概率进行了仿真.结果表明,本文所提的两种策略相比于传统策略能够获得更低的中断概率,特别是IHDAF中继选择策略始终可以实现更佳的中断性能.     

基于节点剩余功率的多中继选择算法

提出一种基于节点剩余功率的多中继放大转发协同节点选择算法,根据节点信道状态信息(CSI)和剩余能量信息对网络生存时间进行优化,使用加权函数和信道容量增益门限进行多协同节点选择。仿真结果表明,对于动态和固定功率分配,该算法选择三四个中继可使协同通信系统性能达到最优;相对基于CSI的单中继选择算法,当中继数为4时,其在动态功率分配时的网络生存时间最高可延长82%。     

基于异构多中继网络的压缩转发系统

提出了一种异构多中继压缩转发系统理论模型,其中继节点将模拟信号量化压缩成数字信号后,以不同功率经高斯信道发送给目的节点,目的节点经合并译码得到信源节点信息的估计值。然后对该种模型提出了相应的理论分析框架,并根据高斯信源（Chief executive officer,CEO）问题和香农信道容量理论推导出系统模型的表达式。最后结合总功率受限的情况,在信源节点与中继节点之间进行了功率分配,使得系统性能最优。仿真结果表明,该系统的信噪比性能优于同条件下的放大转发系统。     

基于误码率的快速中继选择算法

针对协作网络中的中继选择算法的最优性与运算效率的矛盾问题,在放大转发(AF)协作网络中,提出一种基于误码率的快速中继选择算法。该算法先在等功率条件下,根据信道统计特性及系统误码率,引入一个等效信道增益参数,该参数反映了在协作通信过程中,源节点到中继节点以及中继节点到目的节点两个阶段的信道特性。然后将该参数降序排列,以当前信噪比(SNR)为门限,在等功率条件下选择中继节点集合,使系统的误码率最小。并结合次优功率分配,进一步降低系统的误码率。仿真结果表明,该算法能够取得和穷举算法相似的性能,但计算复杂度至少降低到穷举算法的1/20,且随着中继节点数的增加计算复杂度更进一步降低。同时,仿真结果还表明该中继选择算法的误码率性能优于所有中继节点参与转发（AP-AF）及预先选择一个最优中继节点转发数据（S-AF）算法。     

Two way中继系统中的双向中继选择及功率分配策略*

通过中继选择和功率分配,可以达到提高two-way中继系统总速率的目的。综合考虑中继节点处的接收信噪比和中继节点到目的节点间的信道增益,提出了two-way AF中继系统中的双向中继选择策略(BRS);同时,在总功率受限的条件下,建立了two-way AF中继系统中的优化功率分配模型,通过对模型进行数学分析求解,提出了一种自适应的最优功率分配策略(OPA)。仿真结果证明两种策略均能提高系统总速率。     

能效最优准则下的无人机中继系统的功率分配算法

由于无人机（Unmanned aerial vehicle,UAV）机动性好且部署简单,基于无人机中继的传输技术受到了广泛关注。功率作为通信系统的重要资源,其分配问题直接影响各条链路的性能和整个通信系统的能量效率。本文以莱斯衰落信道为背景,提出了一种在系统能效准则下的无人机中继通信系统的功率分配算法。首先在双跳放大转发（Amplify-and-forward,AF）中继传输模型的基础上建立功率分配的优化模型,将功率分配问题转化为求解最大系统能效的优化问题。在最优功率分配的求解过程中,先固定发射信号功率,获得波束形成优化方案;然后通过大信噪比区间近似,将非凸优化问题转化为凸优化问题;最后利用KKT（Karush-Kuhn-Tucker）条件,计算得出功率分配方案的闭式解。仿真实验表明,本文算法相对于迭代算法降低了算法复杂度。