物理层网络编码机会中继及中断性能分析

该文研究了频率非选择性瑞利衰落信道中的物理层网络编码系统容量问题。基于放大转发机制提出了一种基于最大最小互信息准则的机会中继策略。在瑞利衰落信道环境下,从双向通信的角度,通过理论分析得出其中断概率解析式,同时推导了理想物理层网络编码和传统直接传输系统的中断概率解析式。通过理论分析,发现在某些节点发射功率条件下,系统中断概率将完全取决于单向链路。在此基础上完成了数值仿真实验,结果表明所提策略的中断性能与理想物理层网络编码和传统直接传输相比有了显著的提高。     

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。      

卫星网络的协作通信技术

分析了用于点对点和点对多点通信链路协同通信技术的使用.通过设计一个简单的中继模型来分析多节点协作通信方式.运用放大转发、解码转发协作协议,分别计算比较了链路的效率和同步性,以通过不同的中继协议来仿真中断概率与频谱效率的理论性能.仿真分析表明,完全功率分配比平均功率分配方法提高约3dB的信噪比.     

双向中继信道中物理层网络编码的性能分析

针对双向中继信道,文章研究采用放大转发协议的物理层网络编码的性能.在考虑直传链路下,给出了3时隙网络编码的可达速率.在高信噪比条件下,推导了 3时隙物理层网络编码方案和2时隙物理层网络编码方案的中断概率近似表达式.通过仿真,验证了理论分析结果.同时,对3时隙物理层网络编码方案中继节点的功率分配因子进行了优化,在中继节点处于不同位置下分节点等功率和不同功率对不同方案进行了最大和速率的仿真,结果表明3时隙物理层网络编码可以利用网络的非对称性提高性能.     

协作通信技术在恶劣信道条件下的应用研究

为了在信道状况较差时仍能采用编码协作技术,提出了一种有效混合编码协作方法.以两用户为例,在两次发送时隙都采用QPSK调制,并采用LDPC码的混合自动重传(HARQ)方法,当第一时隙传输数据不能被正确译码时,源节点将重新传送数据,中继节点将接收到的数据联合上一次接收的数据进行联合译码.当数据重传后仍不能被正确译码时,中继节点将采用放大转发方式传输第二时隙的数据,此时转为放大转发模式进行协同通信,通过性能分析和仿真结果表明,当协作用户间信道状况较差时,与非协作和普通编码协作方式相比,所提的协作方法仍能获得一定的分集增益.     

干扰受限的两跳多接入信道的中断概率分析

在频谱资源重复利用的背景下,干扰受限的两跳多接入信道的中断性能是亟待解决的难题之一.针对目的端干扰受限的情形,本文给出了该信道在放大转发模式下的中断概率闭式解.根据中断事件的定义将中断概率分解为两部分:一部分是中继节点发生中断的概率,另一部分是中继节点未发生中断,但中继节点到目的节点的传输发生了中断的概率.通过对第二部分中断概率进行合理的近似,推导出整个系统中断概率的闭式解,为系统的实际设计提供了理论基础.仿真结果表明,所给出的估计闭式解与蒙特卡洛仿真结果相吻合,验证了此估计解的精确性.     

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。      

机会式网络编码的系统中断性能

该文在两用户通过一个中继节点的协作向基站传送数据的无线通信环境下,研究了基于网络编码的中继策略。与通常的用户到中继的信道是可靠的这一假设不同,该文假设所有的信道都存在衰落现象,比较了复制重传中继策略、确定性网络编码策略和机会式网络编码策略对系统中断概率的影响。仿真结果说明了机会式网络编码中继策略具有较好的性能。     

IMT—Advanced协作中继的网络编码技术

网络编码技术的本质是在中间节点上对多条输入链路的数据信息进行线性或非线性处理转发。网络编码技术应用于IMT—Advanced系统中时,不仅可用于提高中继转发效率,还可用于设计干扰利用传输策略,以节约小区内的时频资源。文章针对多址接入中继信道模型,讨论了几种可提高中继转发效率的网络编码传输策略,研究了基于网络编码的干扰利用传输策略,分析了网络编码标准化过程中所面临的各种问题,指出引入网络编码技术对中继传输协议、控制帧格式以及用户调度和资源管理算法等的影响。     

协作通信系统中基于频谱效率优化的跨层设计

为改善协作分集系统的频谱效率,提出一种改进的跨层设计方案,对协作通信系统物理层的自适应调制编码（AMC）技术和链路层的混合自动重传(HARQ)协议进行联合优化设计。该方案利用少量比特的反馈,使得仅当目的节点通过直接信道不能正确译码分组时或者当直接信道处于深度衰落时触发中继节点转发协作伙伴数据。给出了所提方案基于瑞利衰落信道、解码转发（DF）条件下频谱效率的表达式,然后搜索在任意信噪比条件下使频谱效率最大化的调制与编码方案。通过计算机仿真对理论分析进行了验证。理论分析和仿真表明该跨层设计在中低信噪比(SNR)可进一步提升协作通信系统的频谱效率。      

基于过时信道状态信息的机会协作性能研究

机会中继是协作通信系统中提高频谱效率和节省功率消耗的常用方法.在通信过程中,信道估计时刻和实际中继传输信息时刻存在一定的延时,其产生的过时信道状态信息（Outdated CSI）会严重地影响协作通信系统的性能.分别从考虑直传链路和不考虑直传链路两方面,分析了过时信道状态信息对机会协作分集系统中断概率的影响.仿真结果表明,系统性能随着相关系数ρ的减小而变差,并且随着中继节点数目的增加而提高.     

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。     

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。     

网络编码在IMT-Advanced协作中继中的应用

在IMT-Advanced协作中继中引入网络编码技术,它可以进一步提升网络吞吐量、负载均衡、安全性和顽健性。针对多用户的上行多址接入中继信道模型,给出了基于网络编码的传输策略,在此基础上,分析了该策略下的系统可达速率及中断概率,并与传统机制进行了比较。实验结果表明,网络编码可有效提升系统性能并节约无线链路资源,从而表明了网络编码在IMT-Advanced协作中继中应用的巨大潜力和优势。     

无线Ad hoc网络传输容量的性能分析

无线Ad hoc网络由于其具备自组织、自配置以及自适应等能力,被灵活地应用于各种无任何固定通信基础设施支撑的环境中。如何对网络容量性能进行评估,是目前无线Ad hoc网络研究的热点问题之一。该文依据随机几何理论以及泊松点过程建立了无线Ad hoc网络模型,基于不同的调制方式及纠错编码方案,并结合功率控制机制,分别分析了采用时隙ALOHA、非时隙ALOHA及CSMA协议时,无线Ad hoc网络的中断概率及传输容量的性能指标。数值仿真结果表明:在分组错误概率受限的条件下,对调制方式与编码方案选择与网络空间分组密度(即网络累积干扰)有关;根据不同的空间分组密度选取调制方式和编码方案,才能获取最佳的网络容量性能。     

基于中断概率的协作通信中继选择与功率分配算法

研究了功率受限情况下多中继协作通信网络的中继选择和功率优化问题。在AF网络中,提出了一种低复杂度中继选择与功率分配算法,其目标是在总功率一定的条件下使系统的中断概率最小。本算法对源节点和所有潜在中继节点进行功率分配,结合当前信噪比选择最优的中继集合,通过最速下降法求出使系统中断概率最低的功率分配因子。该算法不需要知道大量瞬时信道信息、不需要系统在等功率条件下进行中继选择,只需求得中继节点排列矩阵便可根据当前信噪比自适应获得最优中继节点集合。仿真结果表明,在相同条件下,该算法明显优于不同中继节点集合下几种算法的中断性能,并且与传统的SAF及AAF算法相比,有效降低了中断概率,提升了系统性能和功率效率。     

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。      

协作通信中的解码转发中继策略优化

在单中继协作通信系统模型下,研究了直接传输、固定解码转发（ DF）中继、选择DF中继和增量中继协议。为了提高协作通信系统的频谱效率和中断性能,通过比较源-目的端和中继-目的端的瞬时信道增益来判定是否需要采用协同通信模式,提出一种改进的解码转发方式（ IDF）。通过将选择DF中继和增量中继的优点结合,提出了一种增量选择中继（ ISR）策略,并给出了2种改进协议任意信噪比的中断概率表达式。仿真结果表明,与传统的单中继解码转发协议相比, IDF和ISR均具有更低的中断概率, ISR具有最低的中断概率。     

认知双向中继网络在κ-μ衰落信道下的中断性能分析

针对认知双向中继网络在进行数据传输时面临的复杂无线信道场景问题,采用广义κ-μ分布构建认知双向中继网络中的视距和非视距无线传输信道,推导次网络在κ-μ衰落信道下的统一中断概率,并分析次网络在多种单一和混合衰落信道情况下的中断性能。仿真结果表明,无线信道的衰落程度对次网络的中断概率影响显著,依据衰落信道类型合理设置网络参数将有助于提升次网络中断性能。     

A dynamic even distribution resource scheduling mechanism combined with network coding for inter-LEO satellite networks

Resource scheduling mechanism of LEO satellite networks is the key to determining communication efficiency. Facing the LEO satellite networks with the dynamic topology changes, varying service requirements, and intermittent inter-satellite links (ISLs), the state-of-the-art cannot achieve high resource efficiency under both heavy and burst traffic loads, and the applicability of parameters design is insufficient under intermittent ISLs. Considering this, we propose a dynamic even distribution mechanism combined with network coding DENC. This novel mechanism obtains the service requirements and allocates resources dynamically through the even distribution algorithm to balance network maintenance overhead and resource waste and improves the success probability of transmission based on network coding to balance retransmission and redundancy. In this paper, we establish performance analysis models to optimize the parameters such as maintenance frequency and coding coefficient. Besides, we construct a system-level simulation platform. Mathematical and simulation results indicate that the resource efficiency of EMNC can be improved by more than 48% compared with SAHN-MAC, ICSMA, CSMA-TDMA, and HTM when all nodes have service needs, and the ISL outage rate is 20%. As the outage probability of ISL increases and the proportion of nodes with service requirements decreases, the performance advantage of EMNC becomes more apparent.