过时CSI下全双工中继辅助D2D网络的物理层安全

中继辅助终端直通（devicetodevice,D2D）网络通过与蜂窝网络共享频谱提高D2D用户的频谱效率和蜂窝用户（cellular user,CU）的物理层安全性。为进一步改善其性能,可以在基站和D2D链路的中继节点采用天线选择以及在中继节点采用全双工技术。然而,由于存在反馈时延和移动性,用于蜂窝链路和所有D2D链路天线选择的信道状态信息（channelstateinformation,CSI）均可能是过时的,针对该场景下的物理层安全性和可靠性问题,提出一种主动窃听和过时CSI场景下基站和中继节点均采用发射天线选择的全双工中继辅助D2D网络安全模型,推导CU的中断概率、遍历容量、非零安全容量概率、安全中断概率、渐近安全中断概率的解析表达式。数值计算与仿真结果均表明,基站发射天线数、中继干扰天线数越多,CU的安全性能越好;过时的CSI会降低CU的中断性能和安全性能。     

面向蜂窝网络的D2D多播通信的分簇和中继选择方法

传统蜂窝网络中,信道衰减的随机性和不确定性导致小区边缘用户的接收性能很差,尤其是面向视频传输等速率要求较高时其弊端更加凸显。D2D通信因其配置灵活性可作为传统蜂窝网络架构的有利补充,能有效改善边缘用户的性能。该文针对D2D通信的多播传输,分析了系统最小时延成本下的中继数量和分簇算法,提出一种基于分簇和中继选择的低时延D2D多播方案。该方案可以自适应选择多播重传中的中继的数量和中继节点到基站的距离,同时给出最优的带宽资源分配机制。仿真结果表明,与其他方案相比,所提方法能有效减少系统时延,提高边缘用户体验和系统性能。     

提高蜂窝网络中数据分发效率的D2D协作转发算法

Device-to-Device(D2D)通信是一种移动终端在蜂窝通信系统的控制下使用授权频段进行点到点通信的新型技术。通过允许接收终端间的数据转发,D2D通信可以用来提高蜂窝网络中的数据分发效率。现有的终端间转发算法,没有充分考虑D2D链路的差异,很难实现频谱资源的高效利用。为此,该文提出了一种基于多跳中继的D2D协作转发算法,包括多播和单播两个模式。该算法根据D2D链路质量自适应地选择最优的中继、路由及传输跳数,能够充分利用D2D链路的多信道分集增益。仿真结果表明,该文所提出的算法能够显著地提高D2D转发的资源利用率,进而提升数据分发业务的吞吐量。     

基于泄露信息量的D2D通信链路选择方法研究

D2D(Device-to-Device)通信因其具有提高频谱效率、时延小和能耗低等优点,被认为是第五代移动通信系统中的关键技术之一。然而,由于D2D用户与蜂窝用户共享频谱,导致D2D用户之间传输的信息会泄露给蜂窝用户。针对这一问题,基于物理层安全的研究,结合D2D通信的特点,提出了一种最小化D2D用户泄露信息量的算法。通过选取最优D2D链路的方法,使得系统的总泄露信息量达到最小。仿真表明所提倡的方法能极大改善系统的总泄露信息量。     

D2D/蜂窝通信模式切换与联合功率控制方案

设备直连（Device-to-Device, D2D）通信技术通过复用蜂窝系统的频谱资源提高频谱利用率,但D2D的引入会给蜂窝系统带来干扰。如何合理地选择D2D/蜂窝通信模式并进行功率优化控制,成为减小D2D和蜂窝系统间干扰、提升网络性能的关键。本文考虑D2D用户复用蜂窝上行链路场景,提出了一种基于距离和联合功率控制的通信模式选择方案。在该方案中,D2D用户和蜂窝用户与基站距离的比值决定了D2D用户是否采用Underlay模式进行通信,进而在约束蜂窝用户和D2D用户发射功率的条件下实现D2D链路和蜂窝链路的联合功率控制,最终推导出能够最大化系统总吞吐量的最优用户功率分配方案。根据仿真结果,本文提出的联合功率控制方案能够在降低系统间干扰的同时有效提高D2D和蜂窝系统的总吞吐量,进而提高了系统的性能。      

D2D通信中联合链路共享与功率分配算法研究

针对D2D （Device-to-Device,D2D）通信过程中的资源分配问题,提出一种联合链路共享和功率分配算法.在保证系统内蜂窝用户服务质量（Quality of Service,QoS）需求的前提下,利用系统的信道状态信息,为D2D用户生成一个由蜂窝用户组成的通信链路的候选集合;在通信链路候选集合内使用凸优化方法得到D2D用户最优功率分配策略;最后利用（Kuhn-Munkres,KM）算法求解最大加权二部图匹配（Maximum Weight Bipartite Matching,MWBM）问题,为D2D用户选择最优的蜂窝用户进行资源共享.仿真结果表明该算法能有效的提升通信网络的吞吐量,可以为D2D用户选择最优的资源分配策略.     

毫米波D2D通信上下行链路吞吐量优化方案

5G通信技术中终端直通(D2D通信)的功率分配是近期研究的热点,为了提升系统容量和频谱利用率,将毫米波与D2D通信技术结合,在此技术中,针对28GHz频段上行链路及下行链路蜂窝网络中的D2D资源分配进行了研究,将其系统总吞吐量达到最大化算法进行优化。首先,推导出每个D2D对所对应的准入集,其次,在考虑每个D2D对用户以及蜂窝用户功率控制情况下,分别求出上行链路及下行链路中的吞吐量,最后,在保证D2D对总吞吐量最大化前提下将蜂窝用户信道分配给D2D对。仿真结果表明,所提出的方案可以提高系统的吞吐量。     

蜂窝网络中D2D通信模式选择和信道分配算法

设备到设备(D2D)通信中,不合理的模式选择和信道分配方案会引入干扰,严重时不仅不能体现D2D通信优势,而且还将导致蜂窝用户传输速率下降。针对这一问题,文章提出了一种蜂窝网络中D2D模式选择和信道分配算法。仿真结果表明,新算法能够在有效的平衡蜂窝网络中D2D用户接入率和系统总吞吐量的同时,最小化用户之间的干扰。     

D2D使能蜂窝网络中存在主动窃听者的物理层安全研究

D2D通信作为5G移动通信的关键技术,以其能有效提升系统能量效率和频谱效率而备受瞩目。在系统中存在被动窃听者的情况下,D2D带来的干扰也被视为友好干扰来提升蜂窝系统的物理层安全性能。但如果存在的是主动窃听者, D2D带来的干扰就会影响蜂窝系统安全稳健的传输性能。因此本文考虑在系统中存在可以智能选择被动窃听或主动干扰的攻击者的情况下,通过选择最佳的D2D用户并采取协同中继或友好干扰的策略来提升在被动窃听情况下蜂窝网络的安全可达速率和在主动干扰下的数据传输速率,来改进蜂窝系统通信的鲁棒性和安全性。本文将合法用户和主动窃听者之间的相互作用建模为非零和的非协作混合博弈,分析了此混合博弈的纳什均衡的存在性,并通过基于fictitious play(虚拟对策)的算法获得了其纳什均衡解。仿真结果表明该算法优于传统的nearest neighbor(最近距离)算法,并且联合考虑两种D2D协作方式的策略优于只将D2D用户视为友好干扰或是协同中继的策略。      

全负载蜂窝网络下多复用D2D通信功率分配算法研究

针对全负载蜂窝网络中D2D通信的功率分配问题,该文提出了一种基于非合作完全信息博弈纳什均衡解的多复用D2D通信功率分配算法。以优先保证蜂窝用户通信质量与D2D用户接入率为前提,设置D2D通信系统上行链路帧结构,之后建立非合作完全信息博弈系统模型,引入定价机制到功率分配博弈模型中并分析纳什均衡解的存在性与唯一性,最后给出该模型的分布式迭代求解算法。仿真结果表明,随着D2D用户复用数量的增加,该算法在提升系统吞吐量的同时,能有效地控制系统内部干扰,大幅度降低系统总能耗。     

基于自私行为分析的超密集D2D中继选择算法

在超密集D2D通信中,目前的中继选择方案主要假定中继设备具有主动意愿参与数据转发,但部分理性中继设备出于自身考虑,可能会存在时延或拒绝转发的自私行为,进而影响用户体验效果。从中继设备自私行为角度出发,提出了D2D通信中自私中继设备识别方法,进而提出了基于自私行为分析的超密集D2D中继选择算法。首先,定义了联合兴趣度、转发历史比率和中继物理状态3个中继识别属性因子,并通过三角模糊函数计算三者的权重,从而对具有自私行为的中继设备完成识别。其次,基于理想解相似性偏好排序方法实现了中继设备的最终选择方案。仿真结果表明,所提算法能更有效地识别D2D通信中的自私中继设备,与其他中继选择算法相比,在D2D通信转发成功率、系统平均吞吐量和平均时延等方面均取得了显著进步。     

D2D communications with subchannel reusing for throughput‐guaranteed relay selection in LTE

Using full‐duplex relaying in device‐to‐device (D2D) communication, spectrum efficiency can be further improved as compared with traditional half‐duplex relaying. Due to the increasing demands for more system capacities and higher data rate, a throughput‐guaranteed and power‐aware relay selection mechanism is essential so that services can be successfully accomplished within tolerable power consumption. It is also imperative to prevent cellular users from interfering and preserve resources for more users at the same time. In current paper, we proposed an efficient relay selection scheme with subchannel reusing. Using the nonconflict group discovery algorithm, firstly, we divided D2D pairs into different groups based on the neighbor lists of all the devices. The D2D pairs in the same group were considered nonconflictive. By building a matrix that represents the power consumption of D2D transmission peers through relays, we proposed a group‐oriented relay selection scheme based on the Hungarian method allowing subchannel reuse over relay‐assisted D2D networks. Applying this mechanism, different D2D pairs are able to transmit messages at the same subchannel, whenever they are in the same group. Better throughput and spectrum usage than currently available relay selection schemes without subchannel reusing can be obtained. Particularly, more D2D pairs in high dense networks can be accommodated, and spectrum resources can be better preserved. The simulation results showed that our proposed mechanism can improve the total throughput by up to 35% as compared with an existing relay selection scheme without subchannel reusing, called as PRS‐D2D, when most D2D pairs are in a few groups.     

基于资源分配和功率控制的D2D中继选择

为优化蜂窝用户通信与设备直传(D2D)中继通信共存下的同频干扰问题,满足蜂窝用户容量要求,提出了一种基于能效的联合资源分配和功率控制的D2 D中继选择算法.该算法首先对等效D2 D中继链路进行资源分配,减小算法复杂度的同时使得D2 D链路对蜂窝链路产生的干扰最小;然后以资源分配结果和功率控制算法为依据进行中继选择.该方案不仅考虑了D2 D中继链路的能效问题,而且还同时考虑到了对蜂窝链路的干扰问题.通过仿真验证,所提算法不仅能有效提升D2 D中继链路的能效值,同时降低了对蜂窝用户的干扰.     

一种基于多跳D2D和社交感知的新颖中继选择算法

摘 要：将社交域引入蜂窝网络场景中的多跳设备到设备（device-to-device，D2D）通信中，并提出了一种用于蜂窝网络下多跳D2D通信的新颖中继选择算法。不同于以往的中继选择算法，所提出的算法以反向顺序选择每一跳的中继，减少了算法执行所产生的信令开销。在算法中引入了社交域信息，研究了社交域信息在多跳D2D通信中的作用。研究结果表明，终端用户之间的社交关系对算法性能具有不可忽略的影响，从而为实际系统的算法实现提供了一定的指导意义。另外，通过大量的蒙特卡洛仿真得到的结果表明，所提算法在不考虑社交关系信息时吞吐量和能量效率均优于对比算法，在考虑社交关系信息时，尽管其吞吐量会自然降低，但其能量效率远远优于对比算法。     

D2D通信中基于社交门限的最优中继选择方案

在基于设备直传(D2D)通信的中继系统中,提出了一种基于社交感知的增强型中继选择策略.该策略首先在D2D中继网络中引入社交门限值,对潜在中继用户进行筛选和过滤,从而有效降低了探测成本;然后利用最优停止理论实现了最优中继节点的选择.仿真结果表明,与已有中继选择策略相比,所提出的策略能够以较少的中继探测次数获得较高的系统性能收益,从而实现能耗与收益之间的折中.     

能量收集多跳D2D无线传感网络中的中继选择算法

针对无线功率传输技术的能量收集效率有限造成信噪比下降进而引发通信中断率增加的问题,在能量收集多跳D2D(Device to Device)无线传感网络中,提出一种基于改进K-means聚类的中继选择方法。首先,推导得到能量收集下的信噪比因子,使其作为K-means聚类特征。然后,利用最小欧氏距离原则得到距离聚类中心最近的实际节点的位置。最后,根据距离重排序得到中继节点,形成从源节点到目的节点的通信链路。仿真实验结果表明,相比最短路径算法和随机中继协作方案,所提出的改进算法链路信噪比更大,能够减小通信中断率,具有更好的中继性能。     

Stability region of an optimized bidirectional regenerative half-duplex relaying protocol

In this work, we study a cross-layer design of a spectrally efficient bidirectional relay communication in a threenode network using superposition encoding at the relay node. On the physical layer, a half-duplex relay node decodes-andforwards the messages of two nodes in a two-phase protocol with optimal time-division. On the data link layer, we assume ergodic arrival processes at node 1 and 2 which have queues with infinite buffer length. At the beginning of each time-slot a centralized controller chooses the service rate pair which achieves the weighted rate sum maximum of the instantaneous achievable rate region for the block-fading channel state of the next time-slot with weights equal to the current buffer levels. To this end, the controller adjusts the time-division and relay power distribution. The policy is throughput optimal since the stability region is equal to the bidirectional ergodic rate region. This is because whenever the mean queue length is large, a negative drift of a quadratic Lyapunov function on the buffer levels can be proved.     

A cross-layer approach to transmit antenna selection

In this paper, we investigate a cross-layer approach to transmit antenna selection capable of adapting the number of active antennas to varying channel conditions. We address a cross-layer methodology in the sense that the criterion for the selection of antenna subsets is the maximization of link layer throughput which takes into account characteristics both at the physical and link layers. In order to enhance system performance, adaptive modulation is included to jointly perform antenna selection and rate adaptation. Performance assessment is conducted in terms of link layer throughput and transmission delay.     

面向5G的缓存辅助多天线中继策略

缓存辅助多天线中继技术可以为5G通信系统提供广域覆盖范围,并且有效改善系统的吞吐率性能.研究了一个三节点多天线缓存辅助中继系统,提出了最大化系统平均吞吐率的最佳缓存辅助中继策略,即联合自适应链路选择以及功率分配方案.分析结果表明,最佳的链路选择方案仅依赖于当前的瞬时信道状态信息以及相关链路的信道统计信息,而最佳功率分配方案是对发送的数据流进行等功率分配.仿真结果表明,相对于无缓存辅助的MIMO中继系统,缓存的引入能够显著改善中继系统的吞吐率.此外,MIMO技术的引入还能够获得多天线所带来的复用增益,进一步改善缓存辅助中继系统的吞吐率.