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.     

多用户协作NOMA系统中的最优中继选择策略

在多用户协作非正交多址接入(NOMA)系统中,针对传统中继转发方式单一,中断性能较差的问题,提出了一种基于混合译码/放大转发(HDAF)协议的改进式最优中继选择策略.该策略以中继能否成功解码信号为依据,将多个中继划分为DF候选中继子集与AF候选中继子集,并选出其中接收信噪比最高的中继参与协作.为了进一步提升系统的通信性能,本文还引入自动重传(ARQ)技术,提出了一种基于增量混合译码/放大转发(IHDAF)协议的中继选择策略.分别推导了两种策略下系统中断概率的闭式表达,并通过蒙特卡罗实验对不同策略的中断概率进行了仿真.结果表明,本文所提的两种策略相比于传统策略能够获得更低的中断概率,特别是IHDAF中继选择策略始终可以实现更佳的中断性能.     

NOMA系统的被动中继选择策略研究

针对传统的多中继协作网络传输中低频谱效率和高功率消耗等问题,在非正交多址技术的多中继协作通信网络中,提出一种基于中断概率的被动中继选择策略。推导网络中两个用户的中断概率的精确表达式,并分析两个用户在高信噪比下中断概率的近似结果和它们的分集增益。仿真分析中继数目、中继位置和功率分配系数对两个用户中断性能的影响。与非正交协作网络中部分中继选择策略仿真对比,结果表明,中继数目大于2时,该策略分集增益更大,并且随着中继数目的增大,该策略具有显著的中断性能优势。     

非对称双向多中继系统机会式网络编码中断概率分析

首先建立了非对称双向多中继系统数学模型,采用机会中继策略,推导出了该模型在译码转发方式下采用网络编码时的中断概率表达式, Monte Carlo仿真和理论值非常吻合,充分验证了该表达式的正确性。其次分析了不同中继节点位置,不同中继节点个数和不同功率分配因子等情况下的系统中断性能,揭示了功率分配因子与中继节点个数和位置以及系统总功率的内在关系。仿真结果表明,在非对称双向多中继系统中同时采用网络编码和机会中继时,功率分配因子取值为0.6时可获得最佳的系统中断性能,并指出在研究中断概率问题时,中继节点位置是一个不可忽略的因素。     

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.     

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.     

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。     

基于监督机器学习的车载协作通信中继选择

为提高车载协作通信链路的可靠性与连通性,提出了一种在下行非正交多址接入(NOMA)的中继网络中基于监督机器学习算法的中继选择方案,通过构建反向传播(BP)神经网络预测模型,对候选中继集的中断概率进行预测,以此来进行基于最小中断概率的中继选择,提高了下行链路的连通性.在Matlab中,利用样本数据进行网络训练后,得出的预测值与理论值的相关系数为0.99944,预测的平均相对误差为0.57％,表明该中继选择方案模型能够对多个中继进行中断概率的预测,从而实现基于最小中断概率的中继选择.数值仿真结果表明,基于监督机器学习的中继选择方案相较于基于增强学习的中继选择方案中断概率下降了60％,能明显提高中断性能.     

Two-way中继系统中基于最小化中断概率的功率分配策略*

为了降低Two-Way中继系统中断概率,本文提出了一种Two-Way 中继系统中基于最小化中断概率的功率分配策略。首先推导了Two-way中继系统中断概率的闭合表达式,然后在总功率受限的条件下,提出了一种最小化中断概率的最优功率分配策略（OPA）。通过拉格朗日乘数法对该优化模型进行了求解。仿真结果证明了该策略能够有效的降低系统的中断概率,提高系统性能。     

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。     

基于自适应协作分集技术的无线传感器网络

协作分集技术利用网络中的多个用户共享天线,形成虚拟多天线系统,可以有效地提高系统性能.电平交叉率和平均中断时间是衡量系统二阶统计特性的重要指标.研究了2个备选中继的增量放大(2R-IAF)协作分集无线传感器网络系统,并且给出了这种系统的中断性能闭合表达式,公式仿真结果表明:中断概率并不是随着切换门限的升高而降低的,在切...     

基于协作通信技术的无线再生中继网络中的功率最优分配

针对无线再生中继网络的系统性能与系统误帧率、中断概率等有关问题,以协作通信技术中的多用户协作分集协议MDP(Multi-user Diversity-cooperative Protocol)为基础,设计了新型的MDPTS(Multi-user Diversity-cooperative Protocol Transmission Scheme)传输方案,优化了信号传输过程,提升了信号传输效率与网络吞吐量。在此基础上以系统误帧率最小为目标,提出了在发射端和中继器间的功率分配方案,以误帧率下届为目标函数,通过拉格朗日法求得系统的功率分配最优解。仿真结果表明,与采用传统传输方案的网络相比,采用MDPTS传输方案的网络具有更高的分集增益和复用增益,因此系统性能也更好。     

新型信道自适应编码协作体制

针对传统编码协作体制在信道条件动态变化的移动场景中存在较严重的性能损失问题,提出一种码率兼容低密度奇偶校验(LDPC)码与混合自动重传请求(HARQ)协议相结合的新型自适应编码协作体制.假设信道状态信息在每次传输时发生变化,通过不等长增量冗余的自动重传,协作节点与目的节点处的等效码率随信道条件变化而获得自适应非线性调整.推导所提体制的中断概率与吞吐量等系统性能表达式,并给出理论分析及仿真结果.实验结果表明,在适当的兼容码率设计下,所提体制与传统体制和等长传输体制相比较可有效降低系统中断概率,提高系统的吞吐量,改善移动环境下协作通信系统的传输可靠性.     

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。     

非同分布衰落环境下最大链路选择方案及性能研究

通过对Nakagami-m衰落环境下缓冲中继协作最大链路选择方案(MLS)的中断和延迟性能的研究,得到了中断概率和平均分组延迟的闭式解析解以及相应的分集增益和编码增益。基于所得结果,给出了中断概率和平均分组延迟的数值分析,结果表明,非同分布衰落环境不仅严重地影响了MLS方案的分集增益和编码增益,而且使得各个中继节点处的平均分组延迟也不相同,系统极不稳定。为此提出了一种新颖的基于加权的MLS(W-MLS)方案,该方案一方面使信源-中继和中继-信宿链路等效功率分别相同;另一方面使中继-信宿链路等效功率略大于信源-中继链路等效功率,这样,不仅可以保证系统获得足够的分集增益,而且可以显著地降低平均分组延迟,使得各个中继节点处的平均分组延迟完全相同,提高了系统的稳定性。     

Performance analysis of ad-hoc routing in heterogeneous clustered multi-hop wireless networks

This paper analyzes the performance of clustered decode-and-forward multi-hop relaying (CDFMR) wireless Rayleigh fading networks, and sheds light on their design principles for energy and spectral efficiency. The focus is on a general performance analysis (over all SNR range) of heterogeneous wireless networks with possibly different numbers of relays in clusters of various separations. For clustered multi-hop relaying systems, hop-by-hop routing is known as an efficient decentralized routing algorithm which selects the best relay node in each hop using local channel state information. In this article, we combine hop-by-hop routing and cooperative diversity in CDFMR systems, and we derive (i) a closed-form expression for the probability distribution of the end-to-end SNR at the destination node; (ii) the system symbol error rate (SER) performance for a wide class of modulation schemes; and (iii) exact analytical expressions for the system ergodic capacity, the outage probability and the achievable probability of the SNR (power) gain. We also provide simple analytical asymptotic expressions for SER and the outage probability in high SNR regime. Numerical results are provided to validate the correctness of the presented analyses.     

A reliable opportunistic routing for smart grid with in-home power line communication networks

The topology of in-home power line communication (PLC) networks varies frequently, which makes traditional routing algorithms failure. To solve this problem, an end-to-end transmission time for remaining path (TTRP) metric-based opportunistic routing (TTRPOR) is proposed. Since a local broadcasting scheme is adopted, the algorithm can find the optimal path for forwarding packets in a dynamic PLC network. The closed-form of the outage probability for a PLC channel is derived to estimate the TTRP. It is proved that the average throughput can achieve maximum as the metric TTRP is utilized to sort candidate forwarding nodes. Numerical results show that the end-to-end throughput of networks with TTRPOR, outperforms that of the network adopting DSR and EXOR, especially for the case of varying-topology in-home PLC networks.     

呼叫接纳的QoS算法研究

针对如何在系统资源利用率和用户服务质量(QoS)满意度之间达到一种平衡这一问题,按照码分多址接入(CDMA)系统要求,提出了基于用户中断概率的呼叫接纳控制(CAC)算法.呼叫接纳控制是无线通信网络无线资源管理中一个重要的组成部分,CAC策略依据一定的准则决定呼叫到达请求的允许接入或拒绝接入,其中策略设计的好坏直接影响着网络的性能和资源利用率.将平均中断概率定义为业务的QoS,对用户的呼叫进行接纳控制.实验结果表明,中断概率可以成为呼叫接纳的主导因素.