基于网络编码的用户协作分集系统性能分析

针对非协作通信和传统协作通信系统不能达到高天线分集增益的问题,提出基于网络编码的用户协作系统模型.研究了基于网络编码不同协作用户的天线分集增益,并分析非协作机制、传统用户协作机制和基于网络编码用户协作机制的中断概率.理论分析和系统仿真表明,基于网络编码的用户协作系统能显著降低系统中断概率,获得更大的分集增益,且协作用户数越多,系统分集度越好.     

一种基于源端网络编码和交替传输的中继协作方案

针对源节点通过两个中继向目的节点发送数据的无线通信系统,为了减小传统中继协作方案的复用损失,提出了一种将源端网络编码和交替传输有效结合起来的新方案,称为交替源端网络编码(SSNC)。该方案在源端每三个时隙对发送数据进行一次网络编码,并且两个中继在相邻的时隙中交替的发送和接收数据,每个时隙中,一个中继接收源端数据的同时另一个中继转发上一个时隙其接收到的数据给目的端。通过对该方案的中断概率和分集复用折中性能的推导和分析,发现该方案相对于传统的重复编码和分布式空时码方案在获得相同分集阶数的情况下有更高的传输效率,在实际的通信系统中可以兼顾性能和效率。仿真结果证实了我们的结论。      

机会式网络编码在分布式协作网络中的应用

协作通信技术是一种新型的空间分集技术,用户节点彼此共享天线,获取分集增益,有效提高系统性能。网络编码能够减小系统中断概率,解决网络拥塞问题,从而提高传输有效性。文章主要研究了机会式网络编码在分布式天线协作通信系统中的应用,分析了其中断概率。结果表明网络编码可以节省时间成本,提高系统吞吐量。其中,当用户和中继之间不存在误码时,网络编码能够减小系统的中断概率;当用户和中继之间存在误码时,机会式网络编码的中断概率最低。     

改善系统中断速率的一种新虚拟接收天线方案

在发射分集系统中,使用虚接收天线技术将时间分集转化为虚接收天线分集,以提高信道的秩,可以有效提高系统中断速率,这十分适用于某些需要能够在较低的中断概率下以一定的传输速率进行通信的系统。已有的研究是将同样的数据在两个时隙内重复发送以形成虚接收天线,而这使得传输效率下降了一半。为改善性能,提出了一种新的虚接收天线方案,不再简单地重复发送,而用一个时隙发送前两个时隙数据的和,从而提高传输效率。分析和仿真表明,新方案可以提供与重复发送方案相同的分集阶数,而且相对于重复发送方案,新方案可以更有效地提高系统中断速率,并且遍历容量也相应提高。     

基于正交处理的网络编码方法及其性能分析

为有效传输多用户多中继网络信息,在线性网络编码的基础上给出一种基于正交处理的网络编码方法（NCOP, network coding based on orthogonal process）,该编码方式结合正交低频子载波处理思想,将传输数据正交化,利用处理后数据正交性实时传输并解码需要用户数据,进一步降低系统中断概率,提高分集增益。理论分析了该编码方法的系统中断概率和平均误码率,分析和仿真结果表明在多用户协作网络的应用中,NCOP中断性能及误码性能均优于线性网络编码。     

编码协作分集的合作伙伴选择算法研究

协作分集的思想来源于中继信道。与中继信道所不同,在协作分集网络中,每个用户不仅要传输自己的信息,还要帮助其协作伙伴中继传输信息。也就是说,每个用户既要充当信源的角色,又要扮演中继器的角色。文章通过协作通信中编码协作机制下的多节点协作伙伴的选择,分析四种情况下的中断概率,并讨论今后研究的发展方向。     

一种新的两用户协作分集方案及其-l生能研究

该文提出了一种基于信道编码和分布式空时分组码级联下的两用户协作分集方案,并且在准静态的瑞利衰落信道下对此方案的系统容量,中断概率以及误比特率进行了理论推导和系统仿真,分别给出了解析表达式和数值结果。通过将信道编码和空时码引入到协作分集中,系统容量得到显著改善,同时中断概率也明显降低。在协作用户间信道存在噪声的情况下,对卷积码与分布式空时分组码级联下的发射方案进行了性能分析和仿真。仿真结果表明：即使协作用户间的信道存在噪声,该文所提方案在各方面都优于传统协作分集,系统容量明显增大,中断概率及误比特率大大降低。     

一种新的两用户协作分集方案及其性能研究

该文提出了一种基于信道编码和分布式空时分组码级联下的两用户协作分集方案,并且在准静态的瑞利衰落信道下对此方案的系统容量,中断概率以及误比特率进行了理论推导和系统仿真,分别给出了解析表达式和数值结果。通过将信道编码和空时码引入到协作分集中,系统容量得到显著改善,同时中断概率也明显降低。在协作用户间信道存在噪声的情况下,对卷积码与分布式空时分组码级联下的发射方案进行了性能分析和仿真。仿真结果表明:即使协作用户间的信道存在噪声,该文所提方案在各方面都优于传统协作分集,系统容量明显增大,中断概率及误比特率大大降低。     

一种基于分布式空时码的协作MIMO分集复用折衷新方案

协作MIMO通过多个单天线节点的相互协作构造多发射天线,以此形成一种虚拟MIMO多天线阵列获得空间分集增益。考虑到协作MIMO特点,天线间采用分布式空时编码进行编码协作。文章研究了协作MIMO中基于分布式空时码(DSTC)的分集复用折衷(DMT)新方案,该方案通过推导两种DSTC的中断概率与分集增益表达式,结合两类DSTC的DMT策略,根据改变复用增益阈值自适应获得最佳DMT与中断性能。数值仿真表明,所提的DMT策略可以逼近协作MIMO的DMT上限,协作节点采用该策略的中断性能仅次于上限的中断性能。在多节点构成协作MIMO网络分布式空时编码协作中,提出的DMT新方案可使系统高效地获得协作分集增益与中断性能。     

基于模拟网络编码的多用户信息交换的中断概率

与通常假定一对用户通过一个中继节点进行数据交换不同,该文考虑两对用户通过一个公共中继节点的协作进行数据交换的无线通信模型,研究了基于模拟网络编码的放大转发中继策略的中断概率。相对于传统的基于放大转发或译码转发等的、需要8个时隙实现数据交换的中继策略和传统的基于译码转发的、需要5个时隙实现数据交换的网络编码中继策略,模拟网络编码的中继策略只需要3个时隙就可以实现两对用户之间的数据交换,因而与前两种中继策略相比,基于模拟网络编码的中继策略能极大地提高系统的吞吐量（该中继策略分别提高了166％和66％的系统吞吐量）或者极大地减少中继节点的能量消耗。在所提的基于模拟网络编码中继策略下,该文进一步推导出了系统中断概率的上界和下界,数值分析结果表明该上下界比较接近,特别是当中继节点位于第一对用户节点中间时上下界非常接近。      

基于网络编码的上行协作系统性能分析

网络编码是一种可以有效解决传输拥塞问题、提升网络传输有效性的技术,能够降低系统的中断概率。在基于网络编码的基础上,主要研究了4G系统中两用户协作通信的中断概率。仿真结果表明网络编码在保证降低系统的中断概率基础上,确定性网络编码可以提升系统的吞吐量,但是协作要求较高;机会式网络编码的中断概率最低,但编码复杂度最高,也没有提升系统的吞吐量。     

On the performance of two‐user full‐duplex network‐coded cooperation

In this paper, we propose two schemes based on a full‐duplex network‐coded cooperative communication (FD‐NCC) strategy, namely, full‐duplex dynamic network coding (FD‐DNC) and full‐duplex generalized dynamic network coding (FD‐GDNC). The use of full‐duplex communication aims at improving the spectrum efficiency of a two‐user network where the users cooperatively transmit their independent information to a common destination. In the proposed FD‐NCC schemes, the self‐interference imposed by full‐duplexing is modeled as a fading channel, whose harmful effect can be partially mitigated by interference cancellation techniques. Nevertheless, our results show that, even in the presence of self‐interference, the proposed FD‐NCC schemes can outperform (in terms of outage probability) the equivalent half‐duplex network‐coded cooperative (HD‐NCC) schemes, as well as traditional cooperation techniques. Moreover, the ?‐outage capacity, that is, the maximum information rate achieved by the users given a target outage probability, is evaluated. Finally, we examine the use of multiple antennas at the destination node, which increases the advantage of the FD‐NCC (in terms of the diversity‐multiplexing trade‐off and ?‐outage capacity).     

一种提高协作通信性能的新方法

传统的无线通信中,由于外部环境的干扰,信道的不稳定,网络的中断率比较高。在信道条件较差时,通信性能较差。本文利用无线通信节点间的合作,通过不同节点对信息的中继放大、解码（或者网络编码）,对直接传输的无线信道性能进行改进,大大提高了网络性能,降低网络的中断率;通过比较不同频谱效率下的不同转发方式的中断率性能,选择合适的传输方法。仿真实验得到：频谱效率小于一定值的情况下,利用放大和网络编码转发方式的性能大大高于直接传输方式。     

Development of coded-cooperation based multi-relay system for cognitive radio using mathematical modeling and its performance analysis

Coded cooperation is a cooperative relaying technique which is bandwidth efficient and can provide better connectivity when used with cognitive radio. Earlier cognitive radio is implemented with cooperative schemes like decode and forward, amplify and forward, compress and forward, etc., which gives moderate spectrum efficiency and diversity with reduced fading problem of wireless communication. But these techniques are not bandwidth efficient so need huge bandwidth for transmission. In this paper, we have developed a mathematical model of new coded-cooperation based multi-relay system for cognitive radio and its outage probability is analytically derived for underlay mode. The performance analysis of proposed system is carried out in terms of interference temperature constraint, channel gain, number of relays through outage probability for single and multilink relays at the primary node for Rayleigh channel. The proposed system shows that the cognitive radio with coded cooperation outperforms the already existing techniques in terms of diversity, bandwidth, spectrum utilization efficiency and improve the communication quality. In addition, the theoretical analysis of the outage probability is validated by asymptotic analysis.     

Exploit Network Coding Over GF(2 q ) for Multi-user Cooperative Wireless Networks

In this paper, we present a decode-and-forward network coded (DFNC) scheme over GF(2 ^q ) for the multi-user cooperative communication systems. In particular, we consider a cooperative network with m users transmitting independent packets to the same destination. These users form a cooperation set to help each other by using linear network coding. We propose a coding coefficients construction method which can efficiently reduce the transmission overhead from m(q + log₂ m) to m bits compared with conventional random network coding. Furthermore, we propose a novel decoding algorithm—credit-based updating algorithm in order to improve the solvability of decoding set of equations at the destination. The proposed decoding algorithm is combined with channel decoding and is applied on symbol-level. It can fully make use of the error recovery property of network coding while conventional decoding algorithms (e.g., Gaussian elimination) overlook it. We theoretically analyze the diversity performance in terms of information outage probability, and the results show that diversity order of m + 1 can be achieved for a m-user cooperation system. Moreover, we conduct extensive simulations to show that DFNC outperforms other transmission schemes in terms of symbol error rate and achieves higher diversity order. We also demonstrate that the proposed decoding algorithm provides significant performance gain over conventional decoding algorithm.     

基于网络编码的系统中断性能分析

在无线通信中,信道的衰落会降低信号传输的可靠性,影响通信质量。协同分集技术作为一种对抗衰落的有效手段,能提高无线通信性能,已经得到了广泛的研究和应用。为了更有效地利用信道资源,本文提出了基于机会式网络编码的协同机制。在两个节点A和B与一个中继节点R相互协同向基站D发送数据的仿真场景下,研究非协同通信机制、传统协同通信机制和机会式网络编码的协同通信机制下的系统中断概率。理论分析和系统仿真表明,当节点A与B之间的链路以及节点A,B到中继R的链路存在衰落的情况下,机会式网络编码的协同策略具有较好的性能。      

Nakagami-m信道协作网络编码中断性能分析

无线网络编码是一项能极大提高无线网络流量的有用技术,而协作分集可以有效地克服无线衰落的影响。研究了Nakagami-m信道下协作网络编码系统中断性能,分析了不同协作策略下的互信息表达式,推导了协作网络编码中断概率闭式表达式,并对分析的结果进行了仿真。仿真结果显示,在高SNR和谱效率R〈4条件下,协作网络编码中断概率较分布式空时编码性能SNR增益有接近2 dB的提高,并且随分布参数m值的增大,协作网络编码中断概率性能逐步改善。     

基于网络编码的分布式天线系统性能分析

文章针对多输入多输出（MIMO）系统在移动终端实现上的限制,提出分布式天线系统（DAS）的解决方案来获得空间分集增益。采用DAS模型,通过使用一个具有网络编码解码运算能力的辅助天线增强用户与基站间的通信,探讨基于网络编码的天线分集增益。分析比较无辅助天线系统、简单DAS和基于网络编码的DAS中断概率性能后,理论分析和计算机仿真结果表明,相比简单DAS,基于网络编码的DAS节约硬件成本并提高了频谱利用率;系统中断概率平均降低0．0164,可获得更大的分集增益。