两路中继协作通信的中断概率及分集复用折中性能分析

为了提高协作通信系统的频谱效率和中断性能,给出了解码转发协议下的两路中继协作通信系统的模型。在该模型下,提出了两种数据传输模式,并分析了该两种数据传输模式的中断概率性能,推导了中断概率闭式结果及分集增益和复用增益之间的关系。仿真结果显示,与传统的两中继解码转发协议相比,两种传输模式的中断概率性能都有较大的提高。     

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.     

两用户选择的NOMA系统的中断性能

为提高无线通信系统接入用户数量和频谱效率,对转发两用户信息的非正交多址接入(NOMA)系统进行研究。在所建立模型的基础上给出两用户的选择准则,在解码转发协议(DF)协议下,研究采用选择分集接收技术时系统下行链路的中断性能;详细推导两用户精确中断概率的闭式结果和高信噪比(SNR)下的近似结果,利用近似结果得到最大分集性能。仿真分析直观给出信道质量和中继位置对系统中断概率的影响规律,并与其它方案作比较,验证了所提方案的中断性能优势。     

基于有限反馈的用户协作分集策略

基于放大转发和解码转发的协作策略要求用户在协作帧内为协作伙伴转发数据。然而,当基站仅由直接发射的数据就能正确解码用户数据时,在协作帧内为该用户数据的发射则是多余的。为此,结合RCPC码,提出了一种基于基站端有限反馈的用户协作分集策略,用户根据反馈信息自适应调整协作帧内的数据发射。相比于不协作或者传统协作方法,在多种不同场景下的仿真结果均表明,所提出的协作策略不仅极大地提高了用户的性能而且节省了大量的功率和带宽,并提高了用户的吞吐率和频谱效率。     

中继系统中断概率研究

针对无线通信系统的两种典型信道—频率选择性的多径Rayleigh衰落信道和Nakagami-m信道,中继方式为解码-转发（DF）和放大-转发（AF）的单中继系统的中断概率问题进行详细且深入的研究。分别计算AF方式和DF方式中继系统信噪比的概率密度函数（PDF）和累积分布函数（CDF）,利用CDF可得在给定的系统数据速率要求的前提下相应的中断概率的闭式解。对该中继系统的中断概率模型进行仿真。仿真分析显示,闭合表达式与数值仿真结果吻合良好。     

改进的解码转发多跳中继系统及最优功率分配

多跳信道的中断性能较差,且节点接收设备上的多跳分集信道较为复杂。为此,基于解码转发多跳信道和多跳分集信道,提出一种改进的解码转发多跳中继系统,解决上述2种信道性能和复杂度的矛盾。推导中断概率的计算公式,以最小化系统中断概率为目标,利用拉格朗日乘子优化各节点的功率分配。仿真结果表明,改进系统能获得比传统多跳中继系统更低的中断概率,最优功率分配方案下系统的中断性能优于均匀功率分配方案,并且性能优势随跳数增加更为明显。     

双向中继系统中断概率下界优化及分集增益

主要研究了瑞利衰落信道下基于放大转发策略的双向中继系统的中断性能及分集性能。首先利用信源节点信噪比间的关系和调和不等式对信噪比的范围进行优化,得到新的中断概率下界,仿真结果表明Monte Carlo仿真得到的中断概率接近新得到的中断概率下界;同时证明了多中继存在时,基于最大最小互信息准则的双向中继系统仍然取得全分集增益且能够优化中断概率下界。     

基于最佳选择的星地协作系统中断概率

针对卫星信道的衰落特性和阴影效应,分析了一种星地协作系统(HSTCS),并通过对陆地卫星移动通信(LMS)信道进行分析得到其中断概率的闭环表达方法.在源节点(卫星)到目的节点(地面终端)间采用解码前传(DF)模式,目的节点将来自卫星和信噪比最大的中继节点的信号进行合并,并通过Matlab进行仿真.仿真结果表明,同直接传输相比,该系统能够通过获得分集增益,有效提高系统中断性能.     

基于最佳中继选择的异构多媒体自适应协作分集算法

本文提出一种自适应协作分集方案,以保证异构多媒体业务中主用户传输的服务质量(QoS),并改善次级用户的数据传输性能。采用基于功率控制的系统模型,使得主用户的平均信道增益相对稳定,并且能够在次用户中进行估计,可以节省在反馈信道上的资源。根据次级用户传输过程中的中断概率提出次级中断概率的闭式表达式 ,在满足主用户传输过程中所需要的中断概率约束的条件下,针对主用户和次用户的协作性和瑞利衰落信道的适应性提出了最佳中继选择的自适应协作分集,尽可能地次级中断概率,并获得的分集增益。实验仿真结果表明,该算法可以减少次级用户的中断概率并提高频谱效率,有助于提升次级用户的数据传输性能。     

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.     

相关衰落信道下的安全协作系统及中断性能

基于相关的瑞利衰落信道,研究安全协作系统的安全中断性能。假定发送端知道全部信道的信道状态信息,系统中存在单个窃听节点以及多个进行协作的中继节点,某个中继节点被选择作为干扰者来发送干扰信号,合法信道与干扰节点到目的节点的信道相关,窃听信道与干扰节点到窃听节点的信道也相关。在此类协作场景中,分析了信道相关性对安全协作系统安全性能的影响,获得了安全中断概率表达式。数值结果表明信道相关对安全协作系统的安全性能存在显著影响。     

A bandwidth efficient two-user cooperative diversity system with limited feedback

A two-user cooperative diversity system based on Alamouti signaling was proposed, which utilizes the orthogonal structure of Alamouti signaling to make cooperative users relay on the shared channel resources so that the spectral efficiency of the traditional cooperative system can be improved. When M-ary phase shift keying (M-PSK) modulation and an improved selection decode-and-forward (SDF) relaying protocol with limited feedback are used at the users and m(m ⩾1) receive antennas are configured at the base station, the average bit-error-rate (BER) system performance for statistically similar uplink channels was derived and it was verified by simulations. Under various channel scenarios of interest, numerical and simulation results show that the diversity gain achieved and the BER performance of the proposed system increase with the interuser channel quality, and the full transmit diversity order of two can be obtained for sufficiently high interuser signal-to-noise ratios (SNRs). Supported by the National High-Tech Research & Development Program of China (Grant No. 2006AA01Z270), the National Natural Science Foundation of China-Guangdong (Grant No. U0635003), the Natural Science Foundation of Shaanxi Province (Grant No. 2007F07), the “111” Project (Grant No. B08038), and the Open Research Fund of State Key Laboratory of Rail Traffic Control and Safety, Bejing Jiaotong University (Grant No. RCS2008K003)     

协作通信中混合双工方案下的中断概率分析

提出一种协作通信中的全/半双工中继的混合方案。分析计算了在解码转发（DF）下等功率分配时的中断概率的理论表达式;对比了考虑直传链路和不考虑直传链路时的系统性能,指出考虑了直传链路所获得的性能增益;并通过计算机对理论分析进行仿真。结果表明：相对于单一的全双工（或者半双工）选择方案,提出的混合双工系统具有更低的中断概率、更好的系统性能,并且随着潜在中继数目的增加,系统中断概率越低。     

基于多用户调度的闭环MIMO系统中断性能分析

针对无线资源的匮乏,结合多用户分集与多用户调度技术,提出一种基于多用户调度的闭环多输入多输出跨层算法.该算法是采用跨层理论的方法,以包错误率为服务目标,利用调度技术,自适应调制,自动重传技术与MIMO技术的有机结合,提高系统的中断性能.推导了系统平均包错误率,平均传输次数与中断概率的闭合表达式,分析了天线配置,移动用户数以及重传次数对系统性能的影响;仿真结果表明,该系统的中断概率明显减小,中断性能提高.     

机会中继协同通信系统在Nakagami-m衰落信道中的折中性能分析及系统优化

针对外部窃听者对多中继协同通信系统中信息传输带来的安全威胁,提出一种由中继节点在转发信息的同时发送人工干扰信号的协同安全传输方案,并对该方案在Nakagami-m衰落信道中的安全性能进行了分析,推导出了用于评估机会中继系统可靠性的中断概率和安全性截获概率的闭式表达式,并在此基础上从可靠性和安全性两方面对系统的折中性能进行了讨论。通过仿真,验证了推导的正确性,明确了中继个数对系统折中性能的影响。最后,为进一步提高系统折中性能,讨论了系统中人工干扰信号与通信信号间的功率分配问题,并通过仿真得到了能使系统折中性能达到最优的功率分配因子。     

Performance analysis and partner selection for cooperative diversity based on MQAM modulation

An adaptive decode-and-forward (DF) cooperative diversity system based on quadrature modulation is proposed, in which each user is allowed to transmit its own and the partner’s data simultaneously via the in-phase and quadrature components of M -ary quadrature amplitude modulation (MQAM) constellation. Cooperative transmission in this way can avoid the bandwidth expansion in traditional cooperative systems. The closed form expression of the average bit error rate (BER) performance is derived in terms of the...     

基于HARQ的协作与非协作传输能耗比较分析*

摘要：针对无线通信中不同协作方式的HARQ能量消耗问题,建立了协作和非协作HARQ过程的状态转移模型,分别分析了非协作传输（单用户链路）和协作传输（MIMO,MISO,SIMO及SISO）方式的平均总能量消耗。通过对传输时延和发送能量的联合优化,达到最小化平均总能量消耗的目的,并比较了协作与非协作五种传输方式的总能耗（energy consumption）。仿真结果表明,短距离传输时,非协作传输比协作传输更节能;在长距离传输时,五种传输方式的能耗由低到高的依次分别是MIMO,MISO,SIMO,SISO和非协作传输方式。     

无线协作通信的网络编码-增量中继机制

针对以往的网络编码应用于无线通信系统中都是采用固定的中继转发方式,提出了一种新的协作机制：网络编码—增量中继。该方案的中继节点根据两用户直传路径的发送情况来决定是否需要转发：即当两用户发送数据的直传路径都成功或都发送失败时,中继节点不转发数据;当两用户发送数据的直传路径有一个成功、一个失败时,中继节点转发经过网络编码后的数据。经过仿真表明,采用该协作机制,在不影响系统性能的情况下大大节约了时隙、功率、带宽资源。