数字网络编码的正交协作方案

针对网络编码的正交放大转发(OAF)方案不能避免错误传播的问题,提出中继节点采用译码转发(DF)协议的网络编码正交协作方案。该方案的中继节点根据译码的正确与否决定是否转发源节点的信号,避免了错误传播,提高了系统的可靠性。理论分析表明,所提方案的平均互信息和可靠性都优于OAF方案,仿真结果也验证了理论分析的正确性。     

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。     

基于混合译码放大转发的最优中继选择方案

为在较低误码率的基础上延长网络寿命,提出基于混合译码放大转发(AF)中继策略的最优中继选择方案。通过构造基于目的节点接收信噪比和网络寿命中继选择的联合优化函数,实现最优中继的选择。设定中继节点的接收信噪比门限,根据信噪比门限值,将所有的中继节点分为AF和译码转发2种中继策略转发类型,分别计算2种类型的中继节点在目的节点的接收信噪比,根据中继选择的联合优化函数合理选择最优中继。仿真结果表明,在相同条件下,与基于AF的中继选择方案相比,该方案不仅在误码率性能方面有明显改善,而且可以延长网络寿命,提升系统性能。     

一种全双工认知中继网络中实现能量高效的安全传输方法

在“绿色”安全通信背景下,提出了一种保证同时同频全双工认知中继网络物理层安全、不影响主用户性能且能量高效的中继簇功率分配方案,该网络包含两个认知源节点、多个认知中继节点、多个主用户节点以及多个主用户窃听节点。在考虑了自干扰消除率以及中继转发信息的公平性的基础上,分别针对中继节点选择放大转发与译码转发策略的情形,设计协作波束成形向量及人工噪声矩阵,并通过一种结合半定松弛技术的爬山算法来获取最优解。仿真结果与理论分析表明了方案的有效性与合理性,同时表明选择放大转发策略能够获取更高的总能量效率。     

基于分组内时间切换的无线信息与功率中继传输

研究了采用译码转发机制的无线供电中继网络的能量与信息传输。与常规译码转发中继网络不同,本文在能量受限的中继节点上配置能量收集单元和可充电电池。在进行信息转发之前,中继节点对收集到的能量进行累积。同时,提出了一种基于分组内时间切换的收集—传输—存储模式,在每一传输分组内进行基于时间切换的无线能量与信息传输。通过将有限容量电池的能量水平建模为具有两步状态转移的有限状态马尔科夫链,给出了收集—传输—存储模式在Nakagami?m衰落信道下的中断概率闭合式。仿真结果表明：相比未采用分组内时间切换的收集—传输—存储模式,本文所提机制极大地提高了中断性能和成传速率。     

认知中继网络中的功率分配算法

无人机（Unmanned aerial vehicle, UAV）通信是当前无线通信领域的研究热点。为了保证地面移动端与UAV通信的可靠性,提出了基于空时块码（Space-time block code, STBC）的协作中继传输方案。为了提升频谱效率,本文利用认知无线电技术,于协作中继处分别采用放大转发(Amplify-and-forward, AF)和解码转发(Decode-and-forward, DF)两种协议进行传输,在主用户通信服务质量得到保证和认知用户传输功率受限的条件下,建立以认知中继网络的吞吐量最大化为目标函数的优化问题。采取拉格朗日乘子法与Karush-Kuhn-Tucker (KKT)条件相结合的方案来实现优化问题中最优功率的分配。最后,仿真结果不仅验证了所提方案的有效性,还表明了DF中继协议下认知中继网络的吞吐量优于AF中继协议。     

中断容忍网络中一种激励相容的两跳路由协议

针对中断容忍网络（DTN）中节点自私造成通信性能下降等问题,提出了一种激励相容的两跳（TIC）路由协议,以选择最优中继节点,在综合考虑节点间的相遇概率及传输消耗的情况下,保证节点在诚实汇报相遇情况及传输消耗时利益最大化。同时引入基于双线性映射的签名技术,有效地防止恶意节点篡改信息且确保参与转发的中继节点安全地获取报酬。     

全双工协作中继网络的遍历容量分析

为了对无线网络开展合理设计,就存在直达通信链路的多节点全双工协作中继网络(FD-CRNs)进行了研究。首先,在同时考虑网络内节点的互干扰与全双工(FD)节点进行自干扰消除后的残余自干扰的情况下,基于Nakagami-m衰落就中继节点,分别采用放大转发与解码转发协议的不同场景对遍历容量展开了分析。接着,通过将求解遍历容量转化为求解接收信干噪比的原点矩,求得遍历容量的近似闭合表达式。最后,通过仿真分析了不同中继转发协议、Nakagami-m衰落参数、残余自干扰、互干扰、节点传输功率等不同因素对遍历容量的影响。仿真结果表明,提升节点的发射功率能一定程度提高遍历容量,解码转发协议抗干扰的性能优于放大转发协议。当其他通信参数一定时,中继节点采用解码转发协议时具有更好的容量性能表现。     

分布式空时编码的半定松弛非相干检测算法

针对译码转发（DF）协议下分布式空时编码（DSTBC）的多中继协作系统,提出了基于半定松弛（SDR）算法的协作系统非相干检测方案。将协作系统的非相干检测转化为布尔二次方程（BQP）形式,采用SDR算法,把NP难的BQP问题转换为多项式时间复杂度的半定规划问题。进一步结合SDR算法的特点,提出了一种中继加入信道信息估计的协作方案。与相干检测相比,SDR非相干检测虽然存在一定的性能损失,但目的节点无需任何信道信息,降低了系统的复杂度;提出的协作方案进一步降低了中继节点对源到中继间信道信息的要求。另外,比较了不同接收天线数目对系统检测性能的影响。     

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。     

Simplified relay antenna selection with source beamforming for MIMO two-way relaying networks

A simplified relay antenna selection with source beamforming (RAS-BF) scheme is advocated for multiple-input multiple-output (MIMO) two-way relaying networks (TWRNs) employing amplify-and-forward (AF) protocol, which does not require channel estimation at the relay node and the optimal relay antenna can be simply determined by comparing the minimum received pilot signaling powers pertaining to each antenna. The theoretical analysis of system outage probability and average symbol error rate (SER) shows that full diversity order can also be achieved by the simplified scheme. Simulation results are provided to verify our theoretical results and further illustrate that the simplified scheme outperforms the outage-optimal counterpart in the presence of channel state information (CSI) imperfections.     

Enhanced cooperative communication MAC for mobile wireless networks

In this paper, we propose a new MAC (medium access control) protocol called enhanced cooperative communication MAC (ECCMAC) based on IEEE 802.11. The major objective of ECCMAC is to maximize the benefits of cooperative communication. We first propose a scheme for selecting and maintaining the best relay node. Second, since both cooperative communication and network coding rely on the selection of a relay node, we consider exploiting a network coding technique for additional throughput improvement. Third, to accommodate asymmetric link rates between a sender and a relay node, we employ ECCMAC to measure forward and reverse link rates, whereas prior works have simply assumed symmetric rates. ECCMAC is evaluated in this paper through theoretical analysis, extensive simulation, and simulation with measured data, and the results show that ECCMAC effectively improves wireless network performance.     

无线中继网络中基于方向天线的MAC协议

无线中继网络是指网络中的节点互相通信成为中继节点之间,中继节点之间距离很近可以形成协作分集,该文对这种网络进行了研究,引入多天线技术(MIMO)中的波束成型技术来消除信道间干扰,实现并行传输数据,分析了协作传输策略,结合协作传输策略对中继节点的功率分配进行了优化,基于合协作传输策略设计了一种基于方向天线的MAC协议.经过分析和实验仿真,基于MIMO波束成型的协作传输方法在相同情况下比其它的方法增加15％以上的信道容量.     

嵌入式控制结点群上的一种通信方案设计

为解决现行RS485组网方式限制了通信节点数及网络扩展的问题,基于RS485总线提出了一种嵌入式控制结点群的组网方式及控制协议。通过在主控器与叶子节点间加入中继器,将485总线支持的节点数扩展到2.7万个,建立一对多控制的嵌入式结点集群。针对该网络特点,对Modbus协议进行扩展,增加了中继层规约。与传统单纯增加物理地址长度的方式不同,新扩展协议采用局部寻址方式,打破了Modbus地址长度对子节点数的限制,并引入节点扫描和差错反馈机制,从而实现了主控器对各网络节点的可靠控制;同时,控制协议保持了原Modbus协议的简单性,还具有易移植、可扩展的特点,便于在单片机上实现。在采用扩展协议时,一层中继器的引入导致周转延迟增加10.36%,而两层中继器则将延迟率增加了69.9%,并使总延迟较原始Modbus系统增加2.4倍左右,但实际中采用的两层中继系统将平均延迟控制在了70 ms以下。结果表明,该方案在牺牲一定系统实时性能的前提下,实现了嵌入式节点的集群化管理。     

一种多用户的双向中继系统预编码方案

为提高多对用户双向中继系统的性能,提出一种新的预编码方案。设计具有2K个用户和一个中继节点的系统,每个节点通过中继节点交换信息,节点间的信道相互独立且服从瑞利慢衰落,给出用于信息传输的2个时隙,分析中继节点的信噪比和系统的互信息。仿真结果表明,当中继节点的信噪比为25 dB时,该方案的互信息相比传统方案提高1.2 bit/s/Hz。     

多源分布式协作空时网络编码系统的设计

为改善传统空时编码协作方案中节点功率消耗过高和传输效率较低的问题,在多信源、单中继协作网络中提出一种新的空时网络编码方案。该方案利用中继节点的多天线优势实现接收分集,并在中继节点设计空时网络编码,再按照编码矩阵特点转发信号到目的节点。仿真验证了信源数、中继天线数不同时的系统性能,并分析了传统空时编码协作方案与提出方案的性能差距和传输效率,得出该方案是一种易于实现,性能良好的高效无线数据传输方式的结论。     

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。     

基于能量收集技术的无线协作网络中继选择

针对目前能量收集技术能够收集到的可用能量受限,导致无线协作网络中继节点处易出现能量短板的问题,为了避免整个网络因中继节点大量死亡而瘫痪,提出了一种基于能量收集技术的无线协作网络中继选择方案,即联合最大能量和最大数据传输链路的中继选择方案。首先,基于节点的能量收集状况,选出每跳中能量最大的节点进行解码转发;然后,结合每连续两跳的链路传输状态,选出与源节点和目的节点之间的数据传输信道最优者作为中继节点。结合Nakagami-m信道衰落模型,将该方案与随机选择方案、最大数据链路信道增益(MaDs)方案和基于中继-窃听链路最小信道增益(BNBF)方案进行对比分析,结果表明:在满足收集的能量足够用于下一时隙能量收集和数据传输的前提下,用于能量收集的比例越小,网络中断概率越小;联合最大能量和最大数据传输链路的中继选择方案在网络中断性能方面优于其他方案,其中断概率随信噪比的增大而减小,特别是当平均信噪比为38dB时,网络中断概率降到10^-5。     

基于MABC的中继系统资源分配策略

针对MABC的中继系统,对资源配置策略的优化问题进行研究,并将功率分配问题和中继选择问题相结合。基于此,提出了一种存在干扰情况MABC模型的多中继系统资源分配策略（IS-MABC-OPOR）。考虑双向中继系统干扰信号对其传输性能的影响,以通信链路信道容量最大化为优化目标,利用拉格朗日方法,对通信链路上的各节点进行了最优功率分配和最佳中继选择,给出了通信链路信道容量最大意义下的资源分配数学表达式。仿真结果表明,该链路的信道容量受中继节点位置以及链路总功率的制约,相比于等功率分配方案（EPA）、随机功率分配方案（RPA）和在所提方案的基础上加大干扰信号的信道增益,IS-MABC-OPOR方案有效提高了系统的信道容量,从而实现资源能够满足更高速率的业务传输需求。