多中继混合转发协作传输策略研究

为了优化多中继协作通信系统的性能,提出了一种多中继混合转发协作传输策略(Multiple-Relay Hybrid-Forwarding Cooperative Transmission Scheme,MRHF-CTS)。该策略考虑多中继协作通信系统中的译码转发与放大转发以及两种转发方式带来的性能缺陷,根据协作中继节点接收信号的译码结果选择转发方式,同时引入协作中继节点之间数据来传输对系统性能的增益。对系统中断概率性能进行了推导与分析,结果表明,该策略在消除放大转发策略噪声累积的基础上,能够有效抑制协作中继节点错误检测译码转发给系统带来的不利影响,明显提升系统性能;在大信噪比情况下,可获得多中继译码转发协作通信系统的最佳性能。     

一种基于叠加编码的协作传输协议

针对传统三节点协作通信模型虽简单易行,但其中两阶段协作传输过程中中继节点通常无偿为源节点转发数据,存在频谱效率低的缺点,基于解码转发（decode and forward,DF）协作协议,以提高系统传输速率为目标,利用链路层控制信息的交换获得链路状态信息（channel statue information,CSI）,提出一种基于叠加编码的协作通信机制。协作中,允许中继节点在转发源节点数据的同时,利用叠加编码进行自身数据的发送,通过灵活调整叠加编码时的功率分配,保证系统的传输速率。仿真结果表明,该机制能有效提高系统的传输速率。     

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。     

考虑中继时延的协作中继选择方法

针对数据业务可能在中继节点处排队等待发送,不能有效满足业务对时延要求的问题,在译码转发协作通信系统中建立了考虑中继时延的中继选择模型,提出了一种能有效降低数据业务在中继节点处的中继时延的中继选择方法,并进行了性能分析。首先推导了中继时延的概率密度函数,在此基础上通过进一步推导获得了基于所提方法的系统平均容量和中断概率。仿真结果与解析结果高度一致,并且表明：所提中继选择方法在保证传输速率前提下,可有效降低业务在中继节点处的平均时延,提高系统整体性能。     

一种面向电池供电中继节点的中继选择方法

在协作通信网络中,信道条件较好的电池供电中继节点可能被频繁选择用于数据转发,导致电量快速消耗,甚至缩短网络生命周期。针对该问题,提出一种兼顾电池能耗、电池余量和信道状态信息的中继选择方法。根据节点电池能耗与电池余量的比值对链路的信噪比加权,选择加权后中继链路信噪比最大中继链路的源节点或中继节点发送数据。推导系统的平均转发信道容量和中断概率表达式,在此基础上的仿真结果表明,该方法在保证转发信道容量和中断性能的同时,能有效降低中继节点的电池能耗,延长协作通信网络的生命周期。     

隧道多中继协作通信系统功率分配与容量优化

基于多波模信道模型建立了矩形隧道多中继协作通信系统模型,给出了放大转发和译码转发协作模式下多中继协作通信系统的信道容量计算公式。在系统总功率受限的情况下,提出了基于遗传算法的隧道多中继放大转发协作通信系统优化功率分配方法和隧道多中继译码转发协作通信系统多重KKT优化功率分配方法,以优化系统的信道容量。仿真结果表明,隧道多中继协作通信系统优化功率分配方法可提升系统的信道容量。     

VANET中利用分布式TDMA空闲时隙的协作中继方法

车载自组网中的分布式时分多址(TDMA)协议的主要缺陷是未能充分利用无线信道资源,如节点空闲时隙问题。针对车载自组网无中心节点且网络拓扑结构快速变化的特点,提出一种协作中继分布式TDMA方法(CR-DTDMA),以便利用节点空闲时隙协作中继转发数据。CR-DTDMA实现一种网络握手协议来确定协作中继节点,不依赖相关数据传输确认机制,而且网络握手协议的控制信息都采用消息搭载机制传递,不需要发送专门的控制包。分析与模拟表明,CR-DTDMA提高了数据中继转发概率,降低了中继转发时延和丢包率。     

基于误码率的快速中继选择算法

针对协作网络中的中继选择算法的最优性与运算效率的矛盾问题,在放大转发(AF)协作网络中,提出一种基于误码率的快速中继选择算法。该算法先在等功率条件下,根据信道统计特性及系统误码率,引入一个等效信道增益参数,该参数反映了在协作通信过程中,源节点到中继节点以及中继节点到目的节点两个阶段的信道特性。然后将该参数降序排列,以当前信噪比(SNR)为门限,在等功率条件下选择中继节点集合,使系统的误码率最小。并结合次优功率分配,进一步降低系统的误码率。仿真结果表明,该算法能够取得和穷举算法相似的性能,但计算复杂度至少降低到穷举算法的1/20,且随着中继节点数的增加计算复杂度更进一步降低。同时,仿真结果还表明该中继选择算法的误码率性能优于所有中继节点参与转发（AP-AF）及预先选择一个最优中继节点转发数据（S-AF）算法。     

无线能量收集协作系统的节能中继选择方法

在无线能量收集协作通信系统中,针对中继处可能出现的能量瓶颈,提出优化源节点和中继的传输功率的节能中继选择方法。利用源节点与中继之间发射功率的比例关系计算源节点的发射功率,选择信道容量最大的中继链路进行数据转发,并考虑源节点与中继的发射功率约束。在此基础上,推导系统的平均信道容量和中断性能。仿真结果表明,该方法可显著提高系统能量效率,节约源节点的能量消耗。     

协作通信最优功率分配算法

为了提高协作通信系统的能量利用率,降低系统的误符号率,提出了基于差分演化算法的协作通信最优功率分配算法.建立了多中继转发放大协作通信系统的模型,给出该模型下误符号率的表达式.在此基础上,提出了一种新的差分演化算法来求解最小误符号率时的源节点和各中继节点的最优功率分配.仿真实验结果表明,与等功率分配算法相比,在相同的条件下,新算法能够取得更低的误符号率,显著地提高了协作通信系统的性能.     

基于二分图的协作通信中继选择技术*

合理的中继选择对于提升协作通信系统的能效具有重要意义。针对多用户多中继协作通信系统,为获得较高的系统能效并降低系统的复杂度,提出了基于二分图的中继选择策略,将协作通信系统中继选择问题转化为带权二分图的最大匹配问题。首先将用户节点与待选择的中继节点建模为二分图的顶点,根据中继的协作范围确定二分图的边集,然后将不同的协作组合所产生的能效给各边赋权,最后通过KM算法求解该带权二分图的最大匹配。仿真结果表明,相比于其它中继选择算法,该策略能够有效提高系统能效,同时具有低复杂度的优点。     

一种结合拍卖的D2D协作通信中继选择算法

D2D协作通信技术可以满足提高蜂窝通信系统容量、扩大网络覆盖范围的通信需求。针对一些边缘用户受到信道衰落影响较大,从而影响用户的服务质量问题,提出了一种将拍卖原则引入D2D协作通信的中继选择算法。该算法首先在满足D2D通信要求和信噪比限制条件下得到中继备选集合;然后以优化链路吞吐量为目标选择最优中继节点;最后当两个或多个用户同时选中一个最优中继节点时,采用拍卖原则为D2D发射端分配最终中继。仿真结果表明,所提算法不仅有效地提高了吞吐量,同时保证了系统的中断概率。     

基于长延时信道的水下传感器网络中继选择及功率分配优化算法

针对水下传感器网络(UWSN)中水声信道衰落特性随时间-空间-频率随机变化的特点,在此提出利用中继协作网络获得分集增益从而提高水下网络通信质量的水下协作网络模型。基于该协作模型,提出了一种基于信道增益和信号延时双指标最佳中继评价标准,并提出了基于该标准的最佳中继选择算法与基于最小误比特率准则的功率分配算法。仿真结果表明,相比于传统最佳中继选择算法,传输延时降低约16.7%;相对于等功率分配,该算法在典型场景下使误比特率降低1.81dB。     

基于Stackelberg博弈的双层水下传感器网络功率分配算法

针对水下传感器协作通信网络中能量消耗严重的问题,为了平衡节点间的能量消耗,同时提高系统的信道容量,提出了基于节点剩余能量的分布式博弈功率分配算法。将用户节点和中继节点间的交易模型构建为双层的Stackelberg博弈,使剩余能量少的节点提供较少的功率进行转发服务,反之则提供较多的功率进行服务,从而平衡节点间的能量消耗。与未考虑剩余能量的算法相比,在有2、3和4个中继节点时,信道容量分别提升了9.4%、23.1%和16.7%。仿真结果表明,该算法不仅提高了系统总的信道容量,而且延长了水下传感器协作通信网络的生存时间。     

SR门限中继选择算法研究

中继选择是协作通信领域的关键问题,尤其对于电池供电能量有限的无线移动设备。与基于两跳瞬时信道信息的中继选择算法不同,介绍了一种基于源到中继信道信息的SR门限比较算法。该算法在中继节点设置合适的信噪比门限,将源和多个中继节点的信噪比与门限值比较,选择出最优中继进行传输。在该算法的基础上,理论分析了最优中继及目的节点处的输出信噪比,仿真结果表明该算法可以获得与基于两跳瞬时信道信息算法相近的性能。但由于中继只需考虑自身和源节点之间的瞬时信道状态,所以中继的功耗大大减小,算法的复杂性降低。     

OFDM系统中载波频率同步算法研究与仿真

同步在任何一个通信系统中都是需要解决的实际问题,在OFDM通信系统中更是如此。可以说没有准确的同步算法,就不可能进行准确的数据传输。该文中提出了一种能够应用于多输入多输出OFDM通信系统的载波频率同步方案,通过仿真验证了该算法的可行性。     

基于缓存辅助的全双工无线携能通信系统的中继选择策略

为了提高无线携能通信（SWIPT）系统的性能,构建了一个全新的基于缓存辅助的全双工中继协作系统模型,并在系统中考虑了空闲能量接入点（EAP）作为中继节点的额外能量补充。对于系统吞吐量最优化问题,提出一种基于功率分配协作的SWIPT中继选择策略。首先,基于通信服务质量与源节点发射功率等约束建立问题模型;其次,通过数学变换将原非线性混合整数规划问题转换为一对耦合优化问题;最后,利用KKT条件并借助拉格朗日函数解决内部优化问题,得到了功率分配因子和中继发射功率的闭式解,并在此结果上解决外部优化问题,选择最佳中继进行协作通信。仿真实验结果表明,空闲EAP和中继处高速缓冲存储器的配置具有可行性和有效性,并且,所提系统在吞吐量增益方面明显优于传统的中继协作通信系统。     

Underlaid-D2D-assisted cooperative multicast based on social networks

In this paper, device-to-device (D2D) communication is integrated into cooperative multicast to elevate the multicast transmission rate from base station to users. To this end, a new optimization problem, aiming to maximize the overall cooperative multicast rate, is formulated with two essential features 1) D2D communication is exploited to accomplish the data forwarding in the second phase of cooperative multicast, which overcomes the performance bottleneck that time resource has to be bisected for original relay forwarding in conventional cooperative multicast. 2) Social tiers are also taken into account for relay user selection, which can be viewed as a kind of incentive mechanism to enable D2D communication. To solve the problem efficiently, a two-step scheme is presented, in which relay user selection by joint leveraging channel gains and social connections, and power allocation by quantum-behaved particle swarm optimization (QPSO), are carried out sequentially. Numerical simulations show that the proposed social network-based D2D-assisted cooperative multicast scheme performs well, and the performance gap between the proposed power allocation algorithm and upper bound could be limited within 5 % when the system is not heavily loaded. The performance gain over traditional cooperative multicast can reach up to 85 %.     

无线协作网络中的能量有效性中继选择算法

研究了无线协作网络中的中继选择问题,允许中继具有缓存数据的能力,提出了一种带有buffer的能量有效性中继选择算法,以延长网络生命周期并提高系统吞吐量。该算法综合考虑链路信息,中继的队列状态以及节点的剩余能量信息,通过加权效用公式选择最优接收数据中继与最优发送数据中继。考虑源节点与中继节点间的功率分配,以降低因源节点到中继节点以及中继节点到目的节点间的信道速率不一致所引起的系统丢包率。仿真实验结果表明,该算法有效地延长了网络的生命周期,随着中继个数的增加网络吞吐量有明显的提高,考虑功率分配后,有效降低了系统丢包率。