在认知中继网络中基于放大转发与最佳中继的最优功率分配算法

由于受认知无线电与中继通信技术的启发,提出了一种认知中继网络模型.该模型由源节点、目的节点、认知中继节点及主用户(primary user,PU)构成.认知中继节点以与PU共存的方式为源节点辅助传输信息到目的节点,只要保证其对PU通信造成的干扰在PU干扰门限值以下.假设源节点、目的节点和认知中继节点之间的瞬时信道边信息(channel side information,CSI)和认知中继节点到主用户之间的均值信道增益已知的前提下,研究该模型中的认知中继节点分别采用放大转发(amplify-and-forward,AF)和基于AF的中继选择(selection AF,S-AF)下的功率分配策略,该策略以最小化系统中断概率为目标,同时也满足认知中继节点的发射功率约束(包括总发射功率和个体发射功率约束)和对主用户的干扰功率约束.最后,通过数值仿真来验证推导出的功率分配策略.仿真结果表明:本文提出的最优功率分配策略,无论在AF,还是S-AF下,均能明显的改善系统的中断性能和平均吞吐量;同时在S-AF下最优分配策略可以得到更高的平均吞吐量,因此中断概率更小.     

无线中继网络中基于方向天线的MAC协议

无线中继网络是指网络中的节点互相通信成为中继节点之间,中继节点之间距离很近可以形成协作分集,该文对这种网络进行了研究,引入多天线技术(MIMO)中的波束成型技术来消除信道间干扰,实现并行传输数据,分析了协作传输策略,结合协作传输策略对中继节点的功率分配进行了优化,基于合协作传输策略设计了一种基于方向天线的MAC协议.经过分析和实验仿真,基于MIMO波束成型的协作传输方法在相同情况下比其它的方法增加15％以上的信道容量.     

应急通信系统中协作中继选择与功率分配优化

为提高应急通信系统的信道容量和能量效率,提出一种协作中继选择与功率分配的联合优化算法。在动态的通信环境中,通过最佳期望选取参与数据传输的协作中继集,提高通信系统的信道容量。为使每个用户及整个网络的能量消耗降到最低,采用凸优化方法,合理分配源节点和多个中继节点之间合理的发射功率。理论分析与仿真实验证明,该算法能以较低的复杂度明显提高系统的信道容量和能量 效率。     

基于MABC的中继系统资源分配策略

针对MABC的中继系统,对资源配置策略的优化问题进行研究,并将功率分配问题和中继选择问题相结合。基于此,提出了一种存在干扰情况MABC模型的多中继系统资源分配策略（IS-MABC-OPOR）。考虑双向中继系统干扰信号对其传输性能的影响,以通信链路信道容量最大化为优化目标,利用拉格朗日方法,对通信链路上的各节点进行了最优功率分配和最佳中继选择,给出了通信链路信道容量最大意义下的资源分配数学表达式。仿真结果表明,该链路的信道容量受中继节点位置以及链路总功率的制约,相比于等功率分配方案（EPA）、随机功率分配方案（RPA）和在所提方案的基础上加大干扰信号的信道增益,IS-MABC-OPOR方案有效提高了系统的信道容量,从而实现资源能够满足更高速率的业务传输需求。     

无线能量收集协作系统的节能中继选择方法

在无线能量收集协作通信系统中,针对中继处可能出现的能量瓶颈,提出优化源节点和中继的传输功率的节能中继选择方法。利用源节点与中继之间发射功率的比例关系计算源节点的发射功率,选择信道容量最大的中继链路进行数据转发,并考虑源节点与中继的发射功率约束。在此基础上,推导系统的平均信道容量和中断性能。仿真结果表明,该方法可显著提高系统能量效率,节约源节点的能量消耗。     

认知无线电网络中感知时间与功率分配的优化

针对多协作用户多信道的情况,讨论了当信道增益固定时,各子信道之间检测时间、总检测时间与传输时间,以及各子信道之间功率分配的问题。区别于以往的单独优化算法,提出了各参数的联合优化算法。以信道容量为目标函数,给出了最优的时间和功率分配算法。实验结果表明,提出的算法能够实现频谱接入并且极大地提高了次用户系统的总信道容量。表明功率分配与信道上主用户占用的概率有关,而时间分配则与信道上主用户接收信噪比以及传输时自身的信噪比有关。在多认知用户网络中,参与合作的用户越多,接收与传输信噪比越高,次用户系统的总信道容量越大。对于认知无线电网络,还考虑了整体的实现。     

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。     

无线网络功率最小化的分布式中继选择方法

中继协作已视作提高边沿用户能量有效性和服务质量的新型技术.因此,针对存在瑞利衰落的解码转发中继网络如何选择中继节点以最小化系统总功率的问题,提出了使用分布式拍卖算法选择合适的中继节点以最小化系统总传输功率.该算法首先通过信道传输功率的闭合表达式得到用户节点和中继节点的最小传输功率,然后根据分布式拍卖算法为用户节点分配合适的中继节点.仿真结果显示用户节点仅需要通过和中继节点交换少量信息就可以选择合适的中继节点.     

基于Stackelberg博弈的协作网络功率分配策略

针对协作网络中的功率分配问题,提出基于Stackelberg博弈的分配策略。首先建立博弈模型,源节点根据中继节点分配的功率给出价格;中继节点根据自身资源情况、信道状态、位置信息以及源节点提出的价格,进行协作传输功率的分配,从而构建用户效用函数;接着证明了该效用函数满足凹函数的条件,且存在均衡点,因此参与决策的用户可以通过求解协作功率和价格的Stackelberg均衡解(SE)最大化自己的效用;最后,通过仿真实验验证了均衡点的存在,并对源节点位置不同情况下节点的价格、功率和效用进行了分析,实验中离中继更近的源节点的协作功率和效用分别是距离较远用户的1.29倍和1.37倍。理论分析与实验结果证明了策略的有效性,而且该策略能适用于协作网络及其他分布式网络。     

无线中继信道中继位置对信道容量影响的分析

以最大化中继协作系统的信道容量为目标,研究了三节点无线中继信道中,中继节点位置对信道容量的影响。通过构造特定函数,给出了不同情况下信道容量的表达式,研究了信道容量最大时的最优中继位置。进行仿真,结果表明应用本文方法能准确有效地分析研究不同信道衰落参数下的信道容量和最优中继位置,且结论与直接求解信道容量计算公式时相同,并大大简化了运算复杂度。此外,该方法对其他准则下协作伙伴的选择具有指导意义。     

Energy-Efficient Decentralized Cooperative Routing in Wireless Networks

Wireless $ad hoc$ networks transmit information from a source to a destination via multiple hops in order to save energy and, thus, increase the lifetime of battery-operated nodes. The energy savings can be especially significant in cooperative transmission schemes, where several nodes cooperate during one hop to forward the information to the next node along a route to the destination. Finding the best multi-hop transmission policy in such a network which determines nodes that are involved in each hop, is a very important problem, but also a very difficult one especially when the physical wireless channel behavior is to be accounted for and exploited. We model the above optimization problem for randomly fading channels as a decentralized control problem – the channel observations available at each node define the information structure, while the control policy is defined by the power and phase of the signal transmitted by each node.      

无线协作网络中的能量有效性中继选择算法

研究了无线协作网络中的中继选择问题,允许中继具有缓存数据的能力,提出了一种带有buffer的能量有效性中继选择算法,以延长网络生命周期并提高系统吞吐量。该算法综合考虑链路信息,中继的队列状态以及节点的剩余能量信息,通过加权效用公式选择最优接收数据中继与最优发送数据中继。考虑源节点与中继节点间的功率分配,以降低因源节点到中继节点以及中继节点到目的节点间的信道速率不一致所引起的系统丢包率。仿真实验结果表明,该算法有效地延长了网络的生命周期,随着中继个数的增加网络吞吐量有明显的提高,考虑功率分配后,有效降低了系统丢包率。     

基于放大转发和协作拥塞的窄带物联网物理层安全技术研究

基于蜂窝的窄带物联网NB-IoT(Narrow Band Internet of Things)技术发展迅猛,随着节点数目的急剧增加及窄带无线网络的开放性,其安全问题面临严重的挑战.针对NB-IoT的不可信或窃听节点会带来严重安全威胁的问题,利用其上下行信道状态可知和半双工的特性,提出利用中继节点地放大转发、协作拥塞及联合协作保障物理层安全.放大转发节点对源信号进行放大和转发,协作拥塞节点发射干扰信号,调整波束赋形因子和功率使干扰到达目的节点为零而到达窃听者非零.仿真表明,中继节点所带来的分集增益能显著改善接收节点的信号质量,提升5倍安全容量,在不需要加密算法的情况下,确保窃听者无法获取有用信息,保证信息传输的安全.安全容量是指合法接收端可以正确接收,而窃听者即无法获取信息的最大可达通信速率.     

最小中断率协作策略和功率分配

在源节点和中继节点总功率一定条件下,提出一种基于有限反馈的中断率最小的协作策略.在信道增益坐标平面内,对于解码转发和直接发射,文中分别给出了等功率和最优功率分配时系统中断率最小的发射模式区域.根据所提出的算法,目的节点只需查看当前信道状态所属的发射区域,并反馈1个发射参数到源节点和中继节点.相比于传统策略,本文提出的策略准确给出了任何信道增益下中断率最小的发射模式,并极大精简了反馈量和计算复杂度.     

一种改进的Two-way中继协作系统下的 节点选取和功率分配策略

为了提高Two-way中继协作系统的总速率,在传统的Two-way DF中继协作系统模型下,介绍了一种双向中继选择(BRS)策略,即同时考虑中继节点处的接收信噪比和中继节点到目的节点的信道增益两个因素来实现最优中继选择。然后在选出了最优中继节点后,基于物理层网络编码协议(PNC)提出了一种新的Two-way中继协作系统的最优功率分配策略。仿真结果表明,在系统总功率较大的情况下,BRS策略较随机中继选择策略(RRS)在系统总速率方面约有2.5 bit/(s.Hz)的提升。同时,提出的基于PNC的Two-way中继协作系统的最优功率分配(OPA)策略较等功率分配策略(EPA)平均取得了1dB的增益,而比传统的One-way中继协作系统在系统总速率上约高出3 bit/(s.Hz)。     

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。     

基于长延时信道的水下传感器网络中继选择及功率分配优化算法

针对水下传感器网络(UWSN)中水声信道衰落特性随时间-空间-频率随机变化的特点,在此提出利用中继协作网络获得分集增益从而提高水下网络通信质量的水下协作网络模型。基于该协作模型,提出了一种基于信道增益和信号延时双指标最佳中继评价标准,并提出了基于该标准的最佳中继选择算法与基于最小误比特率准则的功率分配算法。仿真结果表明,相比于传统最佳中继选择算法,传输延时降低约16.7%;相对于等功率分配,该算法在典型场景下使误比特率降低1.81dB。     

最小化具有无线携能通信的全双工中继系统发射功率和

考虑在无线网络中采用信息与能量同步传输来提高无线中继系统的性能,提出了基于无线射频网络中采用无线携能通信（SWIPT）技术的具有自能量回收的双向传输全双工中继系统。SWIPT应用在双向全双工中继系统中是一个新的尝试,其中能量受限的目的节点使用从中继和环路信道捕获的能量来发送反馈信息,并给出了全双工中继系统工作的逻辑结构和能量受限的目的节点的物理结构。然后,以最小化系统发射功率和作为优化目标来描述系统的性能,采用功率分配方案进行信息解码和能量捕获,应用半定规划、秩松弛和拉格朗日方法将原始非凸优化方程转化为可解凸优化问题并求解,且联合优化了中继发射功率、发射波束成形向量和功率分配比率。最后,实验仿真对比了所提的新系统与传统双向传输中继系统,结果验证了利用自能量回收不仅可以消除自干扰,而且可以显著优化系统发射功率和,且由于SWIPT技术与全双工中继系统的结合,使得所提出的系统比传统的双向传输系统具有更高的性能增益。     

Bandwidth-efficient cooperative MIMO relaying schemes

Coded cooperative MIMO relaying schemes in which all successfully decoded signals from multiple sources are simultaneously forwarded by a multi-antenna relay to a common multi-antenna destination to increase bandwidth efficiency are proposed in this paper. These schemes facilitate the various retransmission strategies at relay and single-user and multi-user iterative decoding techniques at destination, suitable for trade-offs between performance, latency, and complexity. When channel state information (CSI) is available, pre-coding and power allocation at the relay can be exploited to enhance the information transmission reliability over the relay-destination channel, thus improving the overall system performance. Simulation result shows their superiority to direct transmission under the same transmit power and bandwidth efficiency.