认知中继选择系统发射功率受限时的性能研究

基于译码转发协议,对一个双跳认知中继选择系统的中断性能进行了研究.该系统采用半双工的通信模式,所有节点均配置单个天线,次级系统同时受到来自于主接收用户最大干扰功率和最大传输功率的双重限制.在独立非同一分布的瑞利信道环境下,推导出了中断概率的准确闭合表达式和高传输功率时的渐进闭合表达式,并利用蒙特卡罗仿真实验对理论分析结果的正确性进行了验证.实验结果表明:中继个数的增加降低了中断概率,提升了系统的性能,但是提升空间有限.另外,最大干扰门限和最大传输功率的变化关系给系统性能的提升带来瓶颈.     

窃听环境下协作通信网络的机会中继选择方法

传统的最佳中继选择方法仅依赖于合法用户的信道条件,在存在窃听用户的环境中无法保证信息传输的安全性与私密性。针对该问题,以最小化系统安全中断概率为目标,综合考虑合法用户与窃听用户的信道状态信息,提出一种新的机会中继选择方法。针对解码转发协作通信网络,给出系统总发射功率受限条件下的最佳功率分配方案,并在此基础上设计最佳中继节点的选择方法,推导得到系统安全中断概率的闭式表达式。仿真结果验证了该闭式表达式的正确性,并表明与传统中继选择方法相比,提出的中继选择方法可显著降低系统的安全中断概率。     

多跳协作分集系统的中断性能

推导了在高信噪比条件下解码转发(DF)多跳分集网络的中断概率近似表达式和分集度;针对解码转发多跳分集系统不能提供空间满分集这一缺点,提出改进的选择性解码转发(SDF)算法,当中继节点不能正确解码信息时,将由源节点重新发送信息;相应地推导了在高信噪比条件下SDF多跳分集系统中断概率表达式及分集度。通过理论分析及仿真结果表明,SDF能有效改善协作分集系统的传输性能,且能获得空间满分集增益。     

基于最佳中继选择的认知AF系统性能分析

针对中继通信中的放大转发协议,提出了一个基于最佳中继选择方案的双跳认知协作通信系统。该系统的频谱共享环境由一个主接收用户,一个次级信源,[K]个次级中继和一个次级信宿组成。并在独立非同一分布的瑞利衰落环境下对该认知协作通信系统的中断性能进行了分析,推导出了中断概率的准确闭合表达式。利用蒙特卡罗仿真实验证实了分析结果的正确性。理论分析和仿真结果都表明,分析所运用的方法降低了系统的中断概率,提高了遍历容量,从而有效地改善了系统的性能。     

SDF协议下的中继选择策略性能分析

在研究无线协作分集网络中的选择性解码转发协议的基础上,对两种中继选择方案的性能进行了研究,推导了瑞利衰落下的两种策略的中断概率精确闭式结果,给出了高信噪比时的中断概率近似表达式和分集复用折衷.通过理论分析和数值仿真结果得出:基于源与中继之间的链路选择策略的性能并不随着待选中继节点数目的变化而变化;而根据中继和目的点之间的链路性能来选择中继的策略性能随着中继节点数目的增多其性能明显提高,且中继节点越是靠近源和目的节点的中间位置,其性能越优.     

基于中继联合优化选择的物理层安全方案

针对认知无线电(CR)网络中的安全传输问题,提出基于传输中继和干扰中继联合优化选择的物理层安全方案。在主用户网络和次用户网络共存的环境中,通过优化选取协作传输中继和协作干扰中继实现信息的安全传输,并分析推导出瑞利衰落环境下该方案保密中断概率的闭式表达式。仿真结果表明,在不同参数场景下,该方案均可实现较低的保密中断概率,提升CR网络的信息传输安全性能。     

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.     

改进的协作频谱共享方案

针对认知无线电系统,提出一种改进的协作频谱共享方案,其中,次用户充当中继,协助主用户传输。改进方案采用解码-再生编码-转发中继协议,通过污纸编码有效地在发射端消除来自主用户信号的干扰,并且分配一部分功率协助传输主用户信号,保证主用户的中断性能。通过理论推导,得出次用户离主用户发射机的距离半径表达式。仿真结果表明,改进方案能有效扩大次用户的频谱共享范围,还提高了主用户和次用户的中断性能。     

协作通信的中继选择策略性能研究

在解码转发协议的基础上,研究了全选中继策略和机会中继选择策略的中断概率性能,推导了瑞利衰落下的两种策略的中断概率精确闭式结果,给出了高信噪比时的中断概率近似表达式.通过理论分析和数值仿真结果得出:在信噪比足够高或在中继-目的信道性能优于源-中继的信道性能的情况下,这两种策略具有相同的中断概率性能;源-中继的信道性能比中继-目的节点的信道性能越好,全选中继策略的性能越优于机会中继选择策略的中断概率性能.     

Nakagami-[m]信道的TSR非可信中继网络安全性能分析

针对中继可能窃听转发的私密信号，研究了Nakagami-[m]信道中时间切换中继协议的非可信中继网络安全传输性能，该网络中源节点与目的节点均配置了多根天线，而能量受限的非可信中继仅有一根天线。为分析网络的安全传输，考虑了两种安全传输方案，即发送天线选择/最大比合并方案和最大比传输/最大比合并方案。为研究非可信中继网络的安全性和可靠性，依次推导出两种方案安全中断概率、连接中断概率、安全吞吐量的闭式表达式，并分析了高信噪比下安全吞吐量的渐进性能。利用蒙特卡洛仿真验证了理论分析的正确性，仿真结果揭示了信噪比、发送功率分配因子、时间切换系数、天线数对安全吞吐量的影响。     

ICRN功率分配与中继选择联合优化

针对工业认知无线电网络中出现的无线干扰和冲突严重,特别是工业现场的金属环境和移动特性造成多径与阴影衰落,从而使得传输可靠性难以保证的问题,引入感知信道概率及信道可用度概念,提出一种联合优化中继选择与功率分配的算法。该算法给出3种认知中继选择方案,分别是信道增益最大准则、最近准则及调和平均准则,并在源节点和所选中继节点之间进行最优功率分配,以最小化网络中断概率。仿真结果表明,与平均功率分配算法相比,所提算法能更好地降低系统中断概率,提高传输可靠性。     

基于非规则LDPC码的协作MIMO系统性能分析

该文提出了一种基于非规则LDPC码设计的用户协作分集方案,并且给出了准静态的瑞利衰落信道下单用户单中继环境下的三种中继协议的性能比较和中断概率理论推导,比较分析了采用编码协作策略的双用户多中继环境下的系统的误比特性能和中断概率的仿真图。结果表明通过将非规则LDPC码引入到协作MIMO中,系统误比特率大大降低,同时中断概率也明显降低,性能得到显著改善。     

Optimal power allocation for cognitive relay networks: amplify-and-forward versus selection relay

We consider a cognitive relay network which is defined by a source,a destination,and cognitive relay nodes and primary user nodes.In this network,a source is assisted by cognitive relay nodes which allow coexisting with primary user nodes by imposing severe constraints on the transmission power so that they operate below the noise floor of primary user nodes.In this paper,we mainly study the power allocation strategies of this system to minimize the outage probability subject to total and individual power c...     

Joint relay selection and power control for robust cooperative multicast in mmWave WPANs

We propose an optimization algorithm for joint relay selection and source and relay power allocation under mixed line-of-sight (LoS) and non-LoS path scenarios for both power saving and robustness enhancement of cooperative multicast in millimeter-wave wireless personal area networks. Our aims are to reduce power consumption and enhance the robustness of cooperative multicasts in millimeter-wave wireless personal area networks. First, we describe a novel beam training protocol that is capable of overhearing and information feedback to filter relay candidates with non-LoS links and avoid selecting relays for transceivers with LoS paths. Second, the joint relay selection and power allocation issue is formulated as an optimization problem with the objective of minimizing the maximum combined power consumption of the source and relay under maximum tolerable outage probabilities and transmit powers. By introducing relaxation and Lagrange multiplier methods, a closed-form expression for the joint relay selection and power allocation is obtained. Finally, simulation results indicate significant improvements in terms of both outage probability and power consumption over the conventional combined transmit power minimization algorithm.     

认知中继网络的物理层安全

对认知中继网络中主用户和认知用户的中断概率和窃听概率进行了研究,提出了一种根据窃听行为改变传输方式（CTMEB）的方案,即主用户和认知用户会根据是否被窃听用户窃听而采用不同的信号传输方式。若E只窃听CS,主用户采用直接传输的方式传递信号;若E窃听CS和PS,主用户根据信道状态选择信噪比较高的路线传输信号。分析推导出了窃听CS与窃听CS和PS时主用户和认知用户的中断概率和窃听概率。通过MATLAB验证了采用CTMEB方案对提高主用户和认知用户的窃听概率和中断概率的有效性。     

蜂窝网络分布式中继选择算法

针对蜂窝网络中的功耗优化问题,研究了如何最小化两跳中继蜂窝网络的系统总功耗。首先根据信道传输功率的闭合表达式得到满足信道最小中断概率情况下的最优链路传输功率,然后通过使用基于Acknowledgement的分布式拍卖算法(DAA-ACK)和改进的分布式拍卖算法(IDAA)帮助用户节点选择合适的中继基站。仿真结果显示,这两种算法仅需要用户节点与邻居中继基站交换少量信息,并可通过有限次迭代快速选择出使系统总功率最小的中继节点。     

Traffic-information-utilized low-complexity relay selection for two-way AF relaying networks

This paper investigates a two-way amplify-and-forward multiple relaying network (TWMR-AF) and presents a novel relay selection scheme, which is appropriate for different traffic patterns and has very low implementation complexity, rendering it very attractive for practical systems. Assuming the TWMR-AF over Nakagami-m fading, the approximate expression of the overall outage probability is derived, and the diversity and code gains are then obtained. The analytical results indicate that the proposed policy achieves better outage performance than the traditional max-min relay selection scheme, as validated by the simulation results.     

Outage-optimal relaying through opportunistic hybrid forward cooperation

In this paper, a new scheme based on relay selection and data forwarding in multi-relay cooperative networks is introduced. Unlike most existing solutions focused on amplify-and-forward (AF) or decode-and-forward (DF) protocol separately, the proposed hybrid forward (HF) scheme takes advantage of both AF and DF protocols in relay forwarding. Based on theoretical analysis, a closed-form expression for the tight lower bound of its outage probability is derived, and further performance analysis is also present...