多中继AF协作系统功率分配研究

功率分配是协作通信中一个重要的研究方向,文章分析了放大转发（AF）协作方式下,基于正交信道的多协作中继系统模型,在此基础上推导了系统中断概率。并以最小化系统中断概率为目标,给出系统功率分配约束表达式,进一步分析了功率分配与中继节点位置的关系,计算求得单中继和两中继情况系统最优功率分配系数。系统仿真表明最优功率分配相对常规的等功率分配,系统性能明显提升。     

AF协作分集中的功率优化分配方案

在慢衰落信道中,协作分集是一种新的空间分集方式.为提高协作通信系统的性能,提出以最小化系统中断概率为目标的功率分配方案.综合考虑所有路径的信道噪声功率,运用注水原理,提出在接收端最大比合并下的最佳功率分配方案.该方案计算简单,且仅需已知各个中继节点的平均信道状态信息,无需在传输中实时更新,因而不增加系统的额外开销.仿真结果表明,该方案与等功率分配方案相比,能显著降低系统的中断概率.     

AF协作分集中的功率优化分配方案

在慢衰落信道中,协作分集是一种新的空间分集方式。为提高协作通信系统的性能,提出以最小化系统中断概率为目标的功率分配方案。综合考虑所有路径的信道噪声功率,运用注水原理,提出在接收端最大比合并下的最佳功率分配方案。该方案计算简单,且仅需已知各个中继节点的平均信道状态信息,无需在传输中实时更新,因而不增加系统的额外开销。仿真结果表明,该方案与等功率分配方案相比,能显著降低系统的中断概率。     

Two-way中继系统协作节点选择及功率分配策略

为了提高Two-way中继系统总速率,该文提出了一种Two-way AF中继系统的双向中继选择(BRS)策略,该策略通过联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,实现了最优中继选择。进一步,在最优中继基础上提出了Two-way中继系统两种优化功率分配策略：(1)基于凸优化的功率分配策略(OPA-CO);(2)基于信道增益差异的优化功率分配策略(OPA-DCG)。方案(1)提出了总功率受限的条件下最大化Two-way中继系统总速率的优化模型;方案(2)通过考虑链路之间信道增益的不同,提出了一种速率增量最大化的数学优化模型,为降低求解凸优化模型的复杂度,采用一种迭代功率分配算法求解上述优化模型。仿真结果证明两种策略均能提高系统总速率。     

低复杂度放大转发多中继选择及功率分配

为了解决传统多中继选择协作通信网络算法复杂度高、资源利用率低等问题,本文提出了低复杂度放大转发多中继选择及其功率分配方案.它先利用修正的选择函数选择最优中继集合,再采用改进的低复杂度功率分配方案,对选择的中继集合功率分配.所提方案考虑到等功率分配时,分配功率应随中继数不同而改变,添加修正因子以充分利用功率资源.同时,所提功率分配避免了超越方程求解,极大降低了计算复杂度.仿真表明：当中断概率为10^-4时,所提方案相对于现有预选择单中继放大转发(pre-select Single relay Amplify-and-Forward,SAF)和全中继放大转发(All relay Amplify-and-Forward,AAF)方案,所需信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)分别降低约2.5 dB和5.3 dB.其性能与穷举法相当,二者所需SNR仅相差约0.01 dB.     

同频干扰环境下双向AF中继性能分析及参数优化

双向中继（two-way relaying, TWR）作为提高中继网络频谱效率的一种有效手段,近年来受到广泛关注。本文研究同频干扰环境下三时隙TWR策略的中断概率性能,中继采用放大转发（amplify-and-forward, AF）策略。首先,理论推导了策略中断概率下界的闭合表达式和高信噪比下的渐进表达式。仿真表明,理论结果能够匹配策略的实际中断概率性能。根据理论结果,以最小化中断概率为目标对中继节点功率分配和中继位置参数进行优化。提出三种优化问题,即（1）给定中继位置,中继功率分配优化问题,（2）给定中继功率分配方案,中继位置优化问题,（3）联合优化中继功率分配和中继位置。仿真结果表明,联合优化能够实现最优的中断概率性能。      

基于中断概率的协作通信中继选择与功率分配算法

研究了功率受限情况下多中继协作通信网络的中继选择和功率优化问题。在AF网络中,提出了一种低复杂度中继选择与功率分配算法,其目标是在总功率一定的条件下使系统的中断概率最小。本算法对源节点和所有潜在中继节点进行功率分配,结合当前信噪比选择最优的中继集合,通过最速下降法求出使系统中断概率最低的功率分配因子。该算法不需要知道大量瞬时信道信息、不需要系统在等功率条件下进行中继选择,只需求得中继节点排列矩阵便可根据当前信噪比自适应获得最优中继节点集合。仿真结果表明,在相同条件下,该算法明显优于不同中继节点集合下几种算法的中断性能,并且与传统的SAF及AAF算法相比,有效降低了中断概率,提升了系统性能和功率效率。     

混合转发协作通信的功率分配方案

为了最大限度地利用移动终端的发射功率,提出了基于中断概率限制的混合转发协作通信功率分配方案。根据目的节点和中继节点的译码情况,选择合适的协作转发方式,充分利用了放大转发(AF)和译码转发(DF)方式的优点。在满足中断概率限制的条件下,采用图形和数值分析的方法,得到了源节点和中继节点的最优功率分配。仿真分析表明,在相同的中断概率限制下,采用的功率分配方案比等功率分配方案消耗的总功率少约2.8 dBm。     

一种多源协作网络的分布式功率分配与中继选择算法

该文针对多源-多中继放大转发协作通信网络,以最小化系统总功率为目标,在保证系统满足一定中断概率的前提下,提出了一种分布式功率分配与中继选择算法.算法由源节点自主选择为其转发信息的中继节点,并引入定时器,通过竞争方式避免了分布式所导致的中继选择冲突.中继收到来自源节点的信号后,只需根据转发门限自主判断是否进行转发,从而完成传输.仿真结果表明该分布式算法能够有效降低传输所需要的总发射功率.并且与集中式控制所获得的最优中继选择与功率分配算法相比性能相近,但所提分布式算法显著降低了系统的控制开销.     

双中继协作通信的功率分配改进方案

为克服信息处于深度衰落情况下单中继协作困难,减少多中继协作目的端信号处理的复杂度,给出了双中继节点参与协作通信的功率分配方案。两个中继节点分别采用放大转发(AF)、译码转发(DF)以及混合译码放大转发(HDAF)3种协作方式进行通信。在满足一定的中断概率和节点功率限制情况下,利用MATLAB软件中的Fmincon优化函数,得到了各节点的最小发射功率。数值分析表明,在相同条件下,两个中继节点采用HDAF协作方式比采用AF协作方式、DF协作方式消耗的系统总功率分别少4~9 dBm、0.5~1 dBm,最大限度地节约了系统功率的消耗。     

Power Allocation Schemes for Amplify-and-Forward MIMO-OFDM Relay Links

We consider a two-hop MIMO-OFDM communication scheme with a source, an amplify-and-forward relay, and a destination. We examine the possibilities of power allocation (PA) over the subchannels in frequency and space domains to maximize the instantaneous rate of this link if channel state information at the transmitter (CSIT) is available. We consider two approaches: (i) separate optimization of the source or the relay PA with individual per node transmit power constraints and (ii) joint optimization of the source and the relay PA with joint transmit power constraint. We provide the optimal PA at the source (or the relay) with a node transmit power constraint that maximizes the instantaneous rate for a given relay (or source) PA. Furthermore, we show that repeating this separate optimization of the source and the relay PA alternately converges and improves the achievable rate of the considered link. Since the joint optimization of the source and the relay PA is analytically not tractable we use a high SNR approximation of the SNR at the destination. This approximation leads to rates which are quite tight to the optimum.     

无线并行放大转发中继传输中基于信噪比的功率分配研究

在无线通信网中,高效的功率分配可显著降低资源消耗、获得更好的服务质量、并减少网络内干扰.本文以无线并行中继协作通信系统为背景,在目的节点目标信噪比的约束条件下,对如何最小化中继链路中各通信节点的发射功率进行了研究.文章首先建立了无线中继协作通信系统模型,推导出了无线中继协作通信系统中信噪比的表达式.接着,文章将功率分配...     

Distributed SNR-Based Power Allocation in Wireless Parallel Amplify-and-Forward Relay Transmissions Using Cournot Game

In wireless communications, power allocation plays a paramount role in sustainable network lifetime prolongation with quality-of-service and network interference reduction. This paper investigates a distributed power allocation problem in wireless parallel amplify-and-forward (AF) relay transmissions. Particularly, the objective is set to minimize the total transmit power while guaranteeing the signal-to-noise ratio (SNR) requirement at the destination node. The distributed SNR-based power allocation problem is formulated and modeled as a Cournot game. Moreover, a distributed SNR-based power allocation algorithm is proposed to solve the Cournot game. The proposed distributed SNR-based power allocation algorithm is proved to converge to a unique equilibrium. To evaluate the distributed method, a centralized optimal SNR-based power allocation algorithm is also proposed. Numerical results show that the proposed distributed SNR-based power allocation algorithm can achieve comparable performance to the centralized optimal SNR-based power allocation algorithm.     

多中继放大转发协作通信中的功率分配和中继位置联合优化

文章研究了多中继放大转发协作分集系统中的功率分配和中继位置联合优化问题。利用信道的统计状态信息,在总功率一定的条件下,以最大化系统的信道容量为目标,推导了多中继和选择中继两种模型下基于高信噪比近似的联合优化算法的闭式解。理论分析和仿真验证表明,提出的算法大大提高了传统的等功率分配方案下系统的性能。     

Optimal Power Allocation in an Amplify-and-Forward Untrusted Relay Network with Imperfect Channel State Information

The characteristics of the wireless medium create difficulty to shield the data transmission from unauthorized recipients. In this paper, power optimization in an amplify-and-forward untrusted relay network is presented, using cooperative jamming transmission to prevent the untrusted relay from intercepting the confidential signals. Considering imperfect channel estimation error at the destination, an optimal power allocation (OPA) is designed to maximize the achievable secrecy rate for the network. Simplified OPA is derived for high signal-to-noise ratio regime with imperfect CSI and the ergodic secrecy rate is also analyzed to evaluate the achievable average secrecy rate for different scenarios as a common performance metric. The numerical results show that when the error of CSI is considered, the proposed OPA generates limited and acceptable degradation on the secrecy rate.     

放大转发中继网络中的一种中继选择方案

提出了一种放大转发网络中的中继选择方案,假设目的节点配置多个天线,源节点和所有中继节点都配置单个天线,方案选择一组中继同时在相同的频带上放大转发接收到的源节点信息以最大化接收信噪比。与只择一个最优中继的方案相比,方案在保持满分集阶数的情况下获得了更高的中断容量和更优的误符号率性能。与只选择一个最优中继的方案相比,在0.000 01的误符号率水平上,少需要发射功率1.6 dB。     

基于中继系统的功率分配研究

首先对现有的中继系统功率分配模型进行阐述,然后对其所涉及的问题进行分类,并对近年来国内外在该方向的研究成果进行总结和分析,最后进一步阐述中继系统中功率分配亟待解决的问题和今后的研究方向.     

能量收集双向中继网络的高能效联合中继选择和功率分配算法

为了实现双向中继系统在满足传输速率要求时的最小功率消耗,基于功率分割中继协议,在完美和非完美的信道估计两种不同的情况下,提出了能量收集双向中继网络的高能效联合中继选择和功率分配算法,得到了两个信源的最优功率分配和中继节点最优的能量收集比例.仿真结果表明,信道估计误差会增加系统的功率消耗;与传统双向中继比较发现,能量收集双向中继能够实现更少的系统功率消耗.