基于低密度格码的编码协作中继系统

提出一种联合低密度奇偶校验码(low density parity check,LDPC)的低密度格码编码协作(low density lattice code coded cooperation,LDLC-CC)改进方案。中继对源节点广播的LDLC码字进行译码,并向目的节点转发基于LDPC和LDLC编码的增强校验信息。通过利用校验矩阵下三角结构特性,源节点和中继节点可以简单地通过各自的校验矩阵进行整形和编码,且采用的LDLC校验矩阵可以构成高维下三角结构校验矩阵。此外,设计了目的节点联合迭代软译码算法。该算法建立了LDLC联合译码与LDPC软译码之间的联系,相比LDPC硬译码可以获得显著的编码增益。仿真结果显示,在瑞利慢衰落信道下提出的联合LDPC的LDLC-CC系统相比传统无协作直传LDLC系统最大可以取得近5 dB性能增益。     

基于最优中继集合选择的HDAF算法

为减少协作通信系统资源消耗,提出了一种基于混合译码放大前传(hybrid-decode-amplify-and-forward, HDAF)的中继选择算法。该算法以降低系统的中断概率和最小化总功率为目标,采用等效信道增益参数排序的方法,得到了最优中继集合的选择算法。该算法既保证通信过程更可靠,不易中断,又减少多余中继节点的使用,节省资源。仿真结果表明,采用最优中继集合选择算法,在10~30 dB的信噪比范围内,HDAF协作方式的中断概率要小于放大转发(amplify-and-forward, AF)和译码转发(decode-and-forward, DF)协作方式。该算法与功率分配相结合,在相同中断概率条件下,源节点所需功率比AF和DF协作方式少1~4 dBm,节约了系统资源的消耗。     

基于网络编码和中继选择的无码率协作传输

高频谱利用率的协作中继传输设计,是协作通信领域的一个研究难点。针对这一问题,结合网络 编码和中继选择协作,提出了一种新的无码率中继协作传输方案。在传输当前消息块的同时允许传输下个消 息块的部分信息,从而减少所需的传输次数,提高频谱效率。将准静态瑞利衰落信道等效成相应的删除信道, 分析了目的节点译码所需传输次数的概率质量函数和平均传输次数,并与其他无码率传输方案进行了性能 比较。理论分析和仿真结果表明,采用网络编码和中继选择的无率传输系统在传输次数上进一步改善系统 性能。     

基于能量采集的友好干扰机辅助下多中继系统安全传输方案

针对多中继传输系统在同信道干扰下面临的保密信息安全传输和系统节点能量受限的问题，提出了一种联合中继选择和基于能量采集的友好干扰机辅助的物理层安全传输方案。首先，建立基于解码转发(decode-and-forward, DF)中继模式的多中继系统模型。其次，当发射机仅获得部分信道状态信息时，在第一时隙，以最大化系统保密容量为目标，给出了一种最佳中继节点选择策略。同时，友好干扰机基于功率分裂(power splitting, PS)协议从合法信号和同信道干扰中采集能量。在第二时隙，友好干扰机利用采集的能量，向窃听者发送人工噪声，进行协作干扰，从而实现两个时隙保密信息的传输。接着，推导了系统的保密中断概率闭合表达式。最后，利用蒙特卡罗仿真方法分析了发射信噪比、同信道干扰源数目及干扰信噪比等参数对系统保密性能的影响，验证了理论推导的正确性，仿真结果显示所提方案具有更优的保密性能。     

面向深空通信的中继协作喷泉码设计

针对未来深空超远距离通信无法建立有效的点对点链路及大路径损耗、大传播延时等难题,提出了一种基于中继协作网络模型下的喷泉编码转发方案。与现有的空间传输协议相比,喷泉码能够以较低的编译码复杂度为下行数据分组提供前向纠删保护,降低确认重传的次数,有效减少传输时延。在地球〖CD*2〗火星通信场景下,对中继编码协作转发方案的复杂度和能量开销进行了性能评估,并在理论上分析了中继卫星的位置对系统性能的影响。仿真结果表明,中继喷泉编码协作转发方案可有效节约深空环境下通信系统的能量开销。     

基于不完全信道信息的MIMO双向中继系统线性预编码算法#br#

针对配置两个通信节点的多输入多输出双向中继系统,提出一种基于不完全信道状态信息的预编码设计方案,该方案综合考虑信道估计误差与信道反馈延迟的情况。在中继发射功率受限的条件下,以最小均方误差为准则设计以预编码矩阵为变量的优化问题,提出矩阵分解和联合迭代两种线性预编码算法。矩阵分解法通过矩阵分解推导得到中继矩阵的闭式解;联合迭代法利用迭代算法交替迭代来联合优化预编码矩阵和接收端处理矩阵,直到算法收敛数。仿真结果表明,随着信噪比由0到25 dB逐渐增大,与现有方案相比,矩阵分解法能有效地降低系统的误比特率,联合迭代法能获得最佳的系统性能提升。     

混合译码放大转发协同通信的功率分配

协同通信中,有效降低系统的发射功率是移动网络绿色化的一种解决方案。针对未来移动通信系统的节能问题,给出了协同通信系统中混合译码放大转发（hybrid decode-amplify forward, HDAF）的功率分配方案。该方案以直接传输方式的中断概率值为约束条件和总功率最小化为目标,采用极值问题的分析方法,得到了准静态瑞利平坦衰落信道中 HDAF协作方式源节点和中继节点功率。数值分析结果表明,在相同的中断概率约束条件下,采用HDAF协作方式所需的总功率比放大转发（amplify-forward, AF）、译码转发(decode-forward, DF)协作方式少5 dBm~17 dBm,最大限度地节约了系统资源的消耗。     

基于RTS/CTS协议的协同中继网络功率分配研究

针对使用分布式线性弥散码的放大转发协同中继网络,提出一种基于MAC层请求发送/允许发送协议的分布式功率分配方案.此方案不需要处理中心集中处理后反馈信息,信源和各中继节点可以计算自己的优化发射功率,简单易实现.还从降低系统中断概率的角度给出了基于中继信道强度的瓶颈效应和调和平均值的两种发射功率分配算法.仿真结果表明,相比较传统的等功率分配,提出的方案充分体现了分布式线性弥散码的分集增益,不仅降低系统的中断概率,还大大改善了接收端的误码率性能,有很强的实用性.     

基于线性分散码的放大前传协作分集研究

线性分散码空时协作分集系统与传统的正交分组空时码协作分集系统相比,前者的性能在高速率情况下要好于后者.提出了两种基于线性分散码的放大前传协作分集方案.两种方案的主要区别在于中继端的噪声是在线性分散码编码之前还是之后引入的.首先通过理论推导证明了两种方案的误码率性能相同,然后对两种方案的特点进行了分析,指出一种方案较另外一种方案相比,具有较低的中继端和协议复杂度,但是在协作的信息传输第一阶段的速率较低.最后通过蒙特·卡罗仿真验证了理论上的推导.     

多址接入中继系统中LDPC乘积码的优化设计

针对两个用户、一个中继节点、一个基站的多址接入中继系统提出了一种基于低密度奇偶校验（low density parity check,LDPC）乘积编码的网络编码方案。为了进一步提升系统性能,方案中采用了一种基于外信息转移（extrinsic information transfer, EXIT）图的LDPC乘积码度分布优化算法。该算法主要是对中继节点的LDPC乘积编码进行优化设计,同时可预测LDPC乘积码的迭代译码性能。性能分析与仿真结果表明：优化的网络编码方案进一步改善了传输网络的误码率性能,利用EXIT曲线图实现了迭代译码性能的近似估计。     

基于天线分组的携能中继的保密传输方案

由一个单天线的源节点、目的节点和一个多天线的中继节点组成的存在窃听节点的两跳无线网络,研究其在中继节点能量收集约束下的物理层保密传输方案。窃听节点的位置和信道状态不可知,采用由目的节点在第1跳时发送人工噪声进行协作干扰的方式保护两跳传输中保密信息。中继节点采用携能通信工作模式,从接收的信号和人工噪声中提取能量用于信号的转发。第1跳时,中继节点的天线分为两组,分别用于保密信号的接收合并和能量的收集。在第2跳时,中继节点利用所有天线采用波束赋形技术转发信号。由于不能获得窃听信道状态信息,因此以最大化目的节点的速率为目的,对中继节点的转发波束赋形矢量进行优化,并给出一种次优的低复杂度的天线分组策略。仿真结果表明,提出的方案能获得可观的保密速率,提出的天线分组策略的性能明显优于功率分裂策略。     

基于符号映射的物理层网络编码

从信号角度出发对物理层网络编码（physical layer network coding, PLNC）展开研究,联系实际通信中用户选择调制方式以及用户发送功率分配的差异性,重点对中继节点叠加信号的符号映射方面进行了分析讨论。通过符号映射后的星座映射图分析了中继节点的误符号率（symbol error rate, SER）,并结合星型协作网络以瑞利信道为信道模型对中断性能进行了分析比较。理论分析与仿真结果表明不同的调制方式以及用户功率分配对中继误符号率有一定影响,同时基于符号映射分析的物理层网络编码的中断性能优于其他几种传输方式。     

多址访问中继信道下多边LDPC码

为逼近解码前传半双工多址访问中继信道容量,提出一种多边低密度奇偶校验(low density parity check, LDPC)码校验点联合编码（parity jointly coded multi-edge type LDPC codes, PJCMET-LDPC）结构及其度分布优化方法。该结构视中继校验比特为PJCME-TLDPC码的一部分,目的端利用从信源和中继接收的消息联合译码获得所有信源信息。为了分析该编码算法的渐进性能,推导了基于消息错误概率的多边外信息转移图噪声门限分析方法。在此基础上,提出PJCMET LDPC码度分布优化方法。实验仿真表明,与SCC LDPC码和NCC -LDPC码相比,PJCMET-LDPC码可以获得更大的编码增益。     

基于中断率分析的编码协作通信功率分配方法

基于瑞利信道下编码协作的中断率分析提出了一种功率优化分配方案.该方案首先通过一种近似方法化简了中断率积分,其次利用泰勒级数展开得到了系统中断率近似界的简单表达式,最后以最小化系统中断率为目标,并以该近似解界为目标函数得到了功率优化分配系数的数学团式解.仿真证明该近似界是一条紧界.同时发现随着中继与目的端之间信道状况的改善,采用功率优化分配方法使系统中断率和误码率性能均有明显提升.     

基于叠加度的有限长系统LT码编码方案

提出了一种基于叠加度的系统卢比变换(Luby transform, LT)码编码方案。与需要预编码的系统Raptor码或交织编码的准系统掺杂LT码方案不同,由掺杂度分量与弱鲁棒孤波分布进行叠加的叠加度分布,使得系统LT码的中间节点能以LT编码方式构造输出节点。理论分析了优化掺杂度分量叠加比例的系统LT码具有译码渐近性能,对给定码长k和冗余开销ε的编译码复杂度为O(k·ln(1/ε))。仿真验证了优化后的有限长系统LT码克服了系统Raptor码在信道删除概率大于0.01即出现误码平台的问题,在译码失败概率10e-4时相对于准系统掺杂LT码的所需译码冗余开销可降低12%~20%。     

基于中继选择的星地协作传输系统性能分析

由于星地混合协作网络（hybrid satellite-terrestrial cooperative network，HSTCN）能显著提升卫星通信的服务质量，近年来受到了国内外学者的广泛关注，分析了基于中继选择的星地协作传输系统的性能。首先，在卫星和地面用户之间存在直达链路，并且所有中继节点在采用门限判断译码转发协议辅助卫星通信的情况下，得到用户端经过最大比合并后的输出信噪比（signal-to-noise ratio，SNR）表达式。其次，针对卫星信道服从阴影莱斯分布，而地面信道服从Nakagami-m分布，推导出随机选择和最佳选择两种中继选择策略下系统的中断概率闭合表达式。接着，进一步得到高信噪比条件下中断概率的近似表达式，为分析各种参数对系统性能的影响提供了更加便捷的方法。最后，计算机仿真不仅验证了理论推导的正确性，而且定量分析了协作传输带来的好处，从而为HSTCN技术的实际应用提供理论依据。     

Raptor码在下行协作无线蜂窝系统中的研究

不同于传统的采用固定码率编码的协作中继系统,在发送端不知道信道状态信息(channel state in formation,CSI)时,提出协作蜂窝系统下行链路中使用无限码率Raptor码及分布式空时分组码(distributed space-time block code,DSTBC)的新方案,并研究该方案有效性、可靠性和健壮性的问题。理论分析和仿真结果证明,当发送端不知道CSI时,结合应用Raptor码和DSTBC,即使在低信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)环境中仍能降低总传输时间及能量消耗,给无线蜂窝系统带来显著的性能增益。     

无线传感器网络中多源协同ARQ系统性能研究

为提高无线传感器网络的吞吐量及能量效率,提出了一种多源协同自动重传请求(MSC-ARQ)系统.建立了MSC-ARQ的Markov状态转移过程,由转移概率矩阵推导其吞吐量解析表达式.利用无线传感器网络系统能量分析方法,综合考虑源节点,中继节点及目的节点的功率消耗,分析了MSC-ARQ系统在各阶段的能量消耗,给出了其能效方程.数值模拟结果表明,MSC-ARQ系统比单源协同自动重传请求(SSC-ARQ)系统具有更高的吞吐量和更低的能耗.     

基于物理层安全特征的不可信中继行为预测

中继节点可能存在的不可信行为会影响协作通信系统中物理层安全性。为了预测中继的行为,提出了基于随机博弈的中继不可信动态行为预测方法,获得中继节点合作和自私、恶意等不可信行为的概率,进而预测中继节点的自私以及恶意行为。将遍历安全容量作为博弈收益,研究中继节点行为的物理层安全特征。利用连续时间马尔可夫链捕获中继行为和系统随机状态两者之间的关系,通过实验得到了中继的不可信行为概率,验证了该预测模型的有效性。     

信道网络编码的联合迭代译码设计

在研究无线网络中物理层网络编码技术的基础上,提出了一种新型的适用于多址中继信道的信道 网络编码的联合迭代译码设计方案,即卷积Turbo码（convolutional turbo codes, CTC）与网络编码的联合迭代译码设计方案。方案中考虑到中继可能存在不能正确译码信源信息的情况,信宿可以有选择地选择合适的先验信息进行译码。仿真结果表明该方案具有较强的纠错性能,同时随着中继点和信宿端的接收天线NR和ND的增多,系统的纠错性能也随之增强,从而表明本文提出的方案广泛适用于多址中继信道环境中。