基于信道统计特性的中继选择算法

该文提出了一种在非再生协作网络中,基于信道统计特性的最优中继选择方法。首先在等功率条件下,根据信道统计特性,定义一个等效信道增益的参数,该参数反映了中继节点在协作过程中两个阶段的信道特性。然后提出一种基于该参数的降序排列的中继选择方法。该方法在不同的信噪比范围内,选择不同的节点集合,使得系统的吞吐率中断概率最小。分析表明该选择方法的分集增益阶数能达到N+1,N为中继节点数目。仿真结果表明这种中继选择算法的中断概率性能优于其他算法。该方法进一步与功率分配相结合,构成了一种低复杂度的次优的中继选择方法。仿真结果表明这种次优算法能够取得和穷举算法相似的性能。     

网络编码机会协同中继中断概率分析

采用机会,给出了在译码转发方式下基于网络编码的双向多中继系统平均中断概率表达式,通过Monte Carlo仿真,验证了理论分析的正确性。随后分析了功率分配因子与信噪比和中继节点个数在不同情形下的系统中断性能,指出了功率分配因子与系统总功率和中继节点的内在关系。仿真结果表明,在双向多中继系统中采用网络编码和机会中继时,功率分配因子取值在0.6或0.6附近时能够获得最优的系统中断性能。     

定向多节点DF协同通信系统中断概率及功率分配研究

对基于定向天线的多节点DF协同通信系统进行研究,应用协作域的方法推导其中断概率,同时证明了机会中继条件下中断概率最优,并通过数值仿真得出最优功率分配因子范围。仿真结果表明多中继参与的情况下应根据实际场景选择其数量,在同等数量中继节点且功率受限的条件下,机会中继方案能获得更优的中断概率及更简单的功率分配方法。因此在多中继节点DF定向协同通信系统中,可以采用机会中继方案以实现最优的系统性能。     

空时协作系统的中断概率分析和功率分配研究

提出了选择中继协议下最小化系统中断概率的最优功率分配方案,并给出了最佳功率分配的闭式解。根据协作节点间是否存在交互信息,分别通过对系统中断概率的分析,推出了高信噪比下中断概率的理论界。基于理论界,在功率受限情况下,通过拉格朗日乘数法,得到最优功率分配的闭合解。仿真结果表明,所推理论界在高信噪比下与仿真值近似相等,最优功率分配点的系统性能也要优于其它功率分配点。     

双向协作系统的中继选择和功率分配策略

针对瑞利衰落信道下双向多中继协作通信系统,为了降低中断概率,提出了一种基于最小化中断概率的中继选择策略和功率分配方案。首先联合考虑两条链路的中继节点处信噪比和信道增益实现双链路中继选择,然后推导出一种新的最优中继下双向放大转发协作中断概率的近似表达式上界,并利用凸优化求解得到使中断概率最小的最优功率分配解。仿真结果表明,与现有策略相比,提出的策略能够明显降低系统中断概率和误码率,显著提高系统性能。     

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.     

基于网络编码的双向多中继系统中断概率分析

网络编码在双向多中继系统中已经得到了广泛地研究,并有效地提高了双向多中继系统的吞吐量。首先本文导出了在译码转发方式时,独立正交信道和多接入信道下基于网络编码的双向多中继系统平均中断概率表达式。Monte Carlo仿真和理论分析非常吻合,验证了理论分析的正确性。之后分析了系统平均中断性能在不同信噪比和不同中继节点个数等多种情形下与功率分配因子的关系,揭示了功率分配因子与系统总功率和中继节点数量之间的内在关系。仿真结果表明,双向多中继系统采用网络编码进行传输时,在独立正交信道下和多接入信道下的功率分配因子取值在区间 内能够获得最优的系统中断概率性能,并且多接入信道下的系统中断性能要好于独立正交信道。      

非再生中继网络的功率优化分配

为了降低非再生中继网络的中断概率,研究了基于中断概率最小化的功率分配问题.首先分析了两跳中继传输方式和协同分集传输方式中断概率近似表达式,然后以中断概率最小化作为优化目标,在总功率一定的条件下,建立了非再生中继系统中基于中断概率最小化的功率分配优化模型,通过Lagrange乘数法获得了源节点和中继的最优功率分配.仿真实验表明,与在源节点和中继中采用平均功率分配策略相比,采用基于中断概率最小化的最优功率分配策略,在降低中断概率的同时,也增加了系统的容量.     

基于译码-转发的多中继合作分集系统的功率分配

该文研究了衰落信道中基于译码-转发的多中继合作分集系统的功率分配问题。假设源节点有完全的信道状态信息,在总功率一定的条件下,以最小化系统的中断（outage）概率为目标,给出了如何选择中继节点以及如何在源节点和所选中继节点之间进行功率分配的算法。通过在任何时候最大化系统的瞬时容量来最小化系统的中断概率。仿真结果表明,该文提出的算法性能优于平均分配功率时系统的性能。     

基于译码-转发的多中继合作分集系统的功率分配

该文研究了衰落信道中基于译码－转发的多中继合作分集系统的功率分配问题。假设源节点有完全的信道状态信息,在总功率一定的条件下,以最小化系统的中断(outage)概率为目标,给出了如何选择中继节点以及如何在源节点和所选中继节点之间进行功率分配的算法。通过在任何时候最大化系统的瞬时容量来最小化系统的中断概率。仿真结果表明,该文提出的算法性能优于平均分配功率时系统的性能。     

Decode-and-Forward Cooperative Diversity with Power Allocation in Wireless Networks

We study power allocation for the decode-and-forward cooperative diversity protocol in a wireless network under the assumption that only mean channel gains are available at the transmitters. In a Rayleigh fading channel with uniformly distributed node locations, we aim to find the power allocation that minimizes the outage probability under a short-term power constraint, wherein the total power for all nodes is less than a prescribed value during each two-stage transmission. Due to the computational and implementation complexity of the optimal solution, we derived a simple near-optimal solution. In this near-optimal scheme, a fixed fraction of the total power is allocated to the source node in stage I. In stage II, the remaining power is split equally among a set of selected nodes if the selected set is not empty, and otherwise is allocated to the source node. A node is selected if it can decode the message from the source and its mean channel gain to the destination is above a threshold. In this scheme, each node only needs to know its own mean channel gain to the destination and the number of selected nodes. Simulation results show that the proposed scheme achieves an outage probability close to that for the optimal scheme obtained by numerical search, and achieves significant performance gain over other schemes in the literature     

改进蛙跳算法的多中继协作系统最优功率分配

协作通信与直接通信相比能够显著地提高系统性能,功率分配是协作通信中的一个关键问题。为了获得合理的协作中继通信系统功率分配方案,提出一种基于改进蛙跳算法的多中继节点功率分配方法。首先对功率分配问题进行分析,将其转换为一个非线性优化问题,然后将青蛙表示为源节点,中继节点的功率,以平均信噪比作为青蛙的食物,并通过青蛙的信息交流和协作找到最优的功率分配方案,最后采用仿真对比实验对本文算法性能进行测试。仿真结果表明,相对于其它功率分配方法,改进蛙跳算法有效地提高了系统的信道容量,降低了中断概率,以较低的复杂度提高了系统的性能。     

非对称协作通信中的时变功率分配算法

针对反射、散射影响下的非对称无线协作通信网络,提出了一种时变功率分配(Time Variant Power Allocation, TVPA)算法。根据无线协作网络中,各节点之间信道条件实时变化且不对称的特点,在信号传输过程中对信源节点和中继节点的发送信号功率进行优化分配。借助信道编码定理,将系统错误概率最小的非凸优化问题转化为最大化系统容量的凸优化问题来解。与固定功率分配(Fixed Power Allocation, FXPA)算法和平均功率分配(Average Power Allocation, AVPA)算法相比,该算法能充分利用无线信道的时变特性,重新分配功率以降低系统错误概率。在多种网络模型中的仿真结果表明,准静态瑞利衰落信道下,相比于FXPA算法,TVPA算法可获得多达5.5dB的比特错误概率性能增益。随着网络质量的进一步改善,该性能优势也逐步增大。      

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。     

非理想SIC下SWIPT-CR-NOMA网络中断性能分析

针对采用无线携能通信的多中继底层协作认知非正交多址接入网络,提出一种两阶段中继选择策略。认知中继执行功率划分的无线携能通信协议为次级用户提供解码转发服务,其能量开销源于所采集到的能量。考虑了实际的非正交多址接入网络中,中继节点与次级用户均无法完全消除多址干扰,即无法实现理想连续干扰消除。在干扰阈值约束下,推导了非理想连续干扰消除下两次级用户端中断概率的精确表达式,并通过蒙特卡洛仿真验证其正确性。此外,定量分析了各系统相关参数（最大发射功率、干扰阈值、功率分配系数等）的选取对次级用户中断性能的具体影响。结果表明,在相同的系统参数设置下,所提方案次级用户中断性能远优于现有部分中继选择方案。      

物理层安全中的最优中继选择及协同干扰策略

本文提出了一种以协同干扰为基础,结合了最优中继选择和功率分配的物理层安全方案.该方案针对分布式天线的场景,从中间节点中选择一个最佳的节点作为中继,剩余的其他节点作为协同干扰节点.中继节点使用放大转发策略.本文同时提出了协同干扰节点的波束成形算法.另外,我们还推导出了中继节点和协同干扰节点之间的功率分配的闭式解.最后,本文还给出了相关的仿真结果,证实了新提出的方案比传统方案能获得更高的安全容量.     

Dynamic resource allocation algorithm in multi-user cooperative OFDMA systems: considering QoS and fairness constraints

Wireless transmission systems are constrained by several parameters such as the available spectrum bandwidth, mobile battery energy, transmission channel impairments and users’ minimum quality-of-service. In this paper, a new strategy is investigated that aims at improving the allocation of resources in a dual hop OFDMA cooperative network consisting in multi source–destination pairs and multiple decode-and-forward relays. First, the joint optimization of three types of resources: power, sub-channel and relay nodes, is formulated as a problem of subchannel-relay assignment and power allocation, with the objective of minimizing overall transmission power under the bit-error-rate and data rate constraints. However, the optimal solution to the optimization problem is computationally complex to obtain and may be unfair. Assuming knowledge of the instantaneous channel gains for all links in the entire network, an iterative three-step resource allocation algorithm with low complexity is proposed. In order to guarantee the fairness of users, several fairness criteria are also proposed to provide attractive trade-offs between network performance (i.e. overall transmission power, average network lifetime and average outage probability) and fairness to all users. Numerical studies are conducted to evaluate the performance of the proposed algorithm in two practical scenarios. Simulation results show that the proposed allocation algorithm achieves an efficient trade-off between network performance and fairness among users.     

非对称信道下协作通信系统中断概率的研究

首先建立了非对称信道下协作系统的数学模型,考虑了源节点到目的节点的直通链路,利用特征函数法推导出协作系统的平均中断概率公式,通过仿真验证了该中断概率公式的精确性,理论和仿真都表明协作系统的中断概率和中继节点的个数、位置分布以及协作系统的功率分配因子有着密切关系,并且考虑源到目的节点的直通链路相对于不考虑直通链路的情况具有更高的性能增益;然后又在此公式基础卜就协作系统中继节点的位置分布对最优功率分配因子的影响进行了仿真分析,并指出协作系统的最优功率分配因子受制于中继节点的位置分布情况.     

Outage probability improvement using a conditional cooperative mechanism in heterogeneous wireless networks

The self-similarity nature of network traffic has been discovered to be a ubiquitous phenomenon in communication networks; meanwhile, heterogeneous wireless cooperative relay networks have received considerable interests in both academia and industry fields. The mechanism of cooperative relay selection is very essential for the design of heterogeneous wireless relay networks. In this paper, based on the self-similar nature of network traffic in heterogeneous wireless cooperative relay network, we propose a new relay selection mechanism called conditional relay selection which can effectively decrease the system outage probability. Compared to conventional relay selection mechanism, the proposed mechanism considers the traffic queue condition of the relay nodes rather than just comparing the signal-to-noise ratio (SNR). Through extensive comparisons with traditional cooperative relay selection mechanisms, the proposed scheme can significantly improve the system outage probability.