基于连续相位频移键控调制的物理层网络编码检测及性能分析

针对双向中继信道,该文提出一种基于连续相位频移键控(CPFSK)调制的物理层网络编码(PNC)机制,即CPFSK-PNC。与已有的采用BPSK, QPSK等调制方式的物理层网络编码相比,该机制引入CPFSK的技术优势,提高了系统的频谱效率和功率效率。该文对瑞利衰落信道中CPFSK-PNC的物理层网络编码检测进行了研究。首先,利用CPFSK信号的记忆特性,根据最大似然准则设计了中继节点的物理层网络编码检测方案;其次,分析了信号之间最小欧氏距离并给出中继检测的平均误比特率下边界;最后,仿真验证了理论分析结果。     

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。      

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。     

Turbo编码调制技术在物理层网络编码中的应用研究

在双向中继信道中,基于编码调制技术提出了一种Turbo编码调制技术(T-TCM)与物理层网络编码的联合实施方案.本方案采用了T-TCM,即将TCM中的卷积码用Turbo码代替,两个分量编码器用符号交织器分开.中继节点利用卷积码和网络编码的线性性质直接估计网络编码的码字,并在中继节点采用了基于符号的MAP译码算法.本方案将信道编码技术、调制技术以及物理层网络编码三者联合设计,不仅增加了无线网络的吞吐量,还提高了网络的频谱利用率.     

基于非正交发送的复数域网络编码协作技术研究

为提升多跳多用户传输系统的频谱效率,本文提出一种基于非正交发送的复数域网络编码协作技术(Complex Field Network Coded Cooperation Based on Non-orthogonal Transmission,CFNCO-NOT)。中继节点对接收数据进行复数域网络编码处理后同时发送,在减小无线信道衰落影响的同时,提高了传输的有效性,并且在目的节点进行简化译码即可实现最佳检测。在两跳的多接入环境中,分析了该技术的频谱效率。结果表明,在高信噪比区域,相对于传统的和基于Alamouti码的数据传输方案,CFNCO-NOT的频谱效率提升了1/3。     

基于机会OFDMA中继的协同分集系统性能分析

机会中继能够在多中继节点的情况下灵活方便地实现协同分集,与采用分布式空时编码(DSTC)实现协同分集相比大大简化了物理层的复杂度,并且能够获得相同的分集增益。鉴于OFDM技术可以有效地抗频率选择性衰落,在机会中继的基础上结合OFDM技术,研究多用户协同分集系统性能。提出了机会OFDMA中继的方法,理论上推导了此方法能够带来完全分集增益,并仿真验证了结论。     

射频能量采集非可信中继网络中物理层安全传输

射频能量采集技术为能量受限无线通信系统提供了一种有效的能量供给方式.假设能量受限中继节点具有射频能量采集能力,本文设计了中继非可信情况下的物理层安全传输方案,配置多天线的源节点采用发送天线选择策略来增强中继节点的能量采集性能,目的节点发送人工干扰来抑制非可信中继对保密信息的窃听.在瑞利块衰落信道条件下研究了所提方案的物理层安全性能,推导了系统安全中断概率、连接中断概率和安全吞吐量的闭式表达式.计算机仿真验证了理论推导的正确性,揭示了各系统参数对物理层安全性能的影响关系.     

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.     

认知中继网络的多中继选择方法

将中继协作技术用于认知无线电网络可有效对抗信道衰落,提高频谱利用率,然而如何选择中继协助源节点传输信息是一个亟待解决的问题。该文根据多中继协作时目的节点信噪比的一阶偏导数特征,定义了中继协作效率,设计了基于协作效率的迭代中继选择方案。考虑到认知中继网络的非集中式结构,该文将虚拟计时器引入中继节点,提出了基于迭代中继选择方案的分布式算法,通过各中继基于协作效率的虚拟倒计时及信息交互实现了分布式迭代中继选择。复杂度分析和数值仿真结果表明,该算法复杂度较低,且性能接近最优解。     

多源多目的模型中网络编码的时延性能分析

研究表明基于无线信道的广播特性,网络编码技术能够显著降低多播通信中的传输时延。多源多播模型中,在任一源节点已知其他源节点信息的条件下,现有传输方案能够确保系统时延最小化。本文在其他源节点信息未知时,对现有多源多目的单中继模型应用网络编码后的时延性能进行分析,并将该模型推广到多中继模型,提出了基于网络编码和机会中继选择策略的MR-OPP-NC方案,并在译码转发机制下,利用中断概率量化了应用网络编码前后的时延性能,仿真表明本文所提MR-OPP-NC方案与未使用网络编码的机会中继方案相比较,能获得显著的时延增益。      

Asymptotic analysis of amplify-and-forward relaying in Nakagami-fading environments

Amplify-and-forward (AF) relaying strategies are studied for Nakagami-fading channels in an (N + 2)-terminal wireless cooperative system where a source terminal transmits information to a destination terminal with the assistance of N relay terminals. The asymptotic outage behavior is investigated in terms of coding and diversity gains for channel-state information (CSI)-assisted AF relaying and semi-blind AF relaying in various channel profiles. It is shown that semi-blind AF relaying system achieves strictly higher average SNRs. Further, when there exists fading severity difference between the source-to-relay and relay-to-destination links, both AF strategies achieve the same diversity gain whereas semi-blind AF achieves strictly lower coding.     

一种基于自适应网络卷积编码的协作中继方法

在无线衰落信道环境中,协作中继是一种增加额外分集增益的有效方法,而网络编码可以用来提高网络吞吐量。网络编码采用XOR(异或)来混合两个源端的信息包,其稳健性差并且每个中继只能服务两个源端。该文提出一种自适应网络卷积编码协作中继方法,在中继端采用卷积编码方法代替XOR来混合两个或多个源端的信息包,混合后的信息可以看作是卷积编码器的一路输出,然后将其转发给目的端。当信道处于深度衰落时,该文提出了一种宽松自适应网络卷积编码协作中继方法,放松了中继参与转发的条件。该文提出的中继方法稳健性好,可以自适应匹配变化的无线网络拓扑结构,并且减少了网络编码协作中继方法所需要的中继个数。理论分析和仿真结果表明所提出的中继方法相比网络编码协作中继方法在性能上有大幅提高,尤其是随着协作节点数目增加,可保证系统获得稳定的额外满分集增益。     

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。     

Cooperative multiple relay system for frequency selective environment: outage analysis and power allocation

In this paper, we propose a novel cooperative relaying scheme with multiple relays for frequency selective wireless environment. In our proposed scheme, the frequency selective wireless channel is divided into flat fading sub‐channels. Cooperative relaying is then employed over each sub‐channel to improve the system diversity order. We then investigate the asymptotic behavior of the outage probability and show that the proposed scheme achieves full diversity order in both amplify and forward (AF) and adaptive decode and forward (ADF) relaying scenarios. Furthermore, we propose a power allocation strategy to minimize the system outage probability. Simulation results confirm our analysis and show that the proposed power allocation method outperforms uniform power allocation. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

MIMO双向中继信道的网络预编码算法研究

在衰落信道环境下,多输入多输出（MIMO）网络编码比传统的网络编码具有更好的鲁棒性.而网络编码与无线中继技术的结合也是目前最具潜力的研究热点之一.从通信基本原理的角度对MIMO双向中继系统的3种通信模型进行介绍,对相应的网络预编码实现的算法和机制进行研究对比,指出3种模型各自的优缺点.最后,讨论该领域的进一步研究方向.     

Optimized constellations for two-way wireless relaying with physical network coding

We investigate modulation schemes optimized for two-way wireless relaying systems, for which network coding is employed at the physical layer. We consider network coding based on denoise-and-forward (DNF) protocol, which consists of two stages: multiple access (MA) stage, where two terminals transmit simultaneously towards a relay, and broadcast (BC) stage, where the relay transmits towards the both terminals. We introduce a design principle of modulation and network coding, considering the superposed constellations during the MA stage. For the case of QPSK modulations at the MA stage, we show that QPSK constellations with an exclusive-or (XOR) network coding do not always offer the best transmission for the BC stage, and that there are several channel conditions in which unconventional 5-ary constellations lead to a better throughput performance. Through the use of sphere packing, we optimize the constellation for such an irregular network coding. We further discuss the design issue of the modulation in the case when the relay exploits diversity receptions such as multiple-antenna diversity and path diversity in frequency-selective fading. In addition, we apply our design strategy to a relaying system using higher-level modulations of 16QAM in the MA stage. Performance evaluations confirm that the proposed scheme can significantly improve end-to-end throughput for two-way relaying systems.     

Cooperative Protocols Design for Wireless Ad-Hoc Networks with Multi-hop Routing

Wireless ad-hoc networks can experience significant performance degradation under fading channels. Spatial diversity has been shown to be an effective way of combating wireless fading with the multiple-input multiple-output (MIMO) technique by transmitting correlated information through multiple antennas. The virtual MIMO technique, which allows multiple wireless stations with single antenna to form a virtual transmission array, is shown to be a viable solution from several recent studies. In this paper, we propose a complete system framework for wireless ad-hoc networks utilizing two different cooperative relaying techniques at the physical layer: the repetition coding and the space-time coding. In the data link layer, two medium access control protocols are proposed to accommodate the corresponding physical layer cooperative diversity schemes. In the network layer, diversity-aware routing protocols are proposed to determine the routing path and the relaying topology. Simulations with both constant bit rate and TCP (transmission control protocol) traffic show significant performance gains of the proposed cooperative relaying schemes.     

基于网络编码的Ⅲ型HARQ无线广播跨层设计

为提高无线广播效率,该文设计一种基于网络编码的Ⅲ型混合自动重传请求(HARQ)机制,同时为执行网络编码重传,提出一种异或型联合策略。其主要思想是通过网络编码(NC),使重传数据包能服务于尽量多的用户,并且每个用户能获得丢失包的软信息,以实施联合网络-信道译码。文章进一步利用机会中继的思想,将所提NC-HARQ Ⅲ型机制扩展到中继广播系统。数值分析和仿真表明,NC-HARQ Ⅲ型机制能显著降低广播系统的平均传输次数,与I型HARQ和NC-HARQ Ⅰ型机制相比,其性能增益应归功于网络编码的潜在优势和联合网络-信道译码技术带来的较低的误包率。     

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。      

增强型编码双向中继方案及中断概率分析

 该文提出了一种基于网络编码和空时协作的增强型双向中继方案。根据系统各节点的反馈,该方案将网络编码和空时协作有机结合,能提高系统资源利用率和网络吞吐量。推导了所提方案及现有的两种双向中继方案的中断概率,并分析了各方案在快衰落和慢衰落信道下的分集增益和网络编码增益。结果表明：相对于其它两种方案,所提方案在快衰落信道下,可获得三阶的分集增益;在慢衰落信道下,也可获得更高的编码增益。最后通过仿真验证了分析结果的正确性。