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。     

无线协作网络中基于数据传输需求的分布式功率控制

在未来无线通信网络中,协作通信的性能依赖于通信资源的有效分配,比如中继选择和功率控制等.在本文中,我们建议了一个分布式买者和卖者博弈理论框架,以满足用户链路质量需求为基础,解决多用户协作通信中最优化中继选择和功率控制.本文联合考虑了源节点和中继节点的功率分配,进而优化源节点和中继节点的收益.这里提出的方法不仅有助于源节点找到相对位置较好的中继节点以及在源和中继之间进行最优化功率分配从而最小化源节点的支付,而且有助于相互竞争的中继节点提供优化的价格以最大化它们各自的收益.此外,这里的优化价格可以仅由局部信道状态信息和其他节点的能量价格决定.如果获得的中继节点总数增加,全网的能量消耗会更低.     

基于萤火虫算法的多中继功率分配

为了充分实现中继协作,降低多中继协作通信系统功率分配优化问题的计算复杂度,提出了基于萤火虫算法的多中继功率分配方案。在一定的总功率和节点功率约束下,以最大化平均信噪比为优化目标函数,建立了多中继协作系统的功率分配最优化模型。选取该目标函数作为萤火虫的适应度函数,用向量表示萤火虫的状态,该向量的维数为待分配源节点和中继节点的个数,通过萤火虫聚集得到种群中最好的萤火虫,即可获得渐进最优功率分配。仿真结果表明,与平均功率分配相比,基于萤火虫算法的功率分配方案能降低2.44%~6.17%的比特差错率,提高了系统性能。     

分布式双向中继选择算法及用户功率分配

针对放大转发的瑞利双向中继信道的节点选择问题,提出了基于部分信道信息的分布式双向中继选择算法。算法通过计算双向链路的接收信噪比,推导出满足目标接收信噪比的转发阈值,各中继节点根据该阈值决定是否参与转发,从而实现分布式选择。此外,考虑用户总功率受限的情况,在分布式中继选择基础上提出了优化功率分配策略,使双向信道的接收信噪比更加接近。仿真结果表明,分布式中继选择算法与最优多中继算法的系统传输速率相似,计算复杂度大大降低,尤其是在中继数目增大的情况下更加明显。优化功率分配策略能进一步提高系统能量效率,在相同性能下可节省7%左右的功率。     

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。     

多源中继网络中协作伙伴选择策略研究

在多源中继网络环境下,采用解码转发(Decode-and-Forward,DF)协议进行协作伙伴选择策略研究。在保证每个用户的数据率要求下,此协作伙伴选择方案是从中继剩余功率与信噪比最小值的乘积中,挑出使该乘积最大的那个协作伙伴为中继,然后该中继帮助源节点协作传输,其中信噪比最小值是源到中继和中继到目的节点之间信噪比的最小值,并分析了网络寿命。仿真结果证明了此方案实现复杂度低,对于协作伙伴资源分配更具有公平性且延长了网络寿命。     

跨小区多跳中继协作通信的无线通信能效优化 *

针对蜂窝网中某一基站处于体眠状态时引起各用户的通信中断问题,提出利用中继协作通信实现跨小区多跳通信的迭代中继选择算法.该算法是在有多个中继节点可为目的节点提供协作中继时,将源节点到目的节点的数据传输分为3个连续时隙,选择满足目的节点信噪比最大化的中继,以协作效率为依据删除协作效率最小的中继节点,从而逐次优化中继选择结果.仿真结果表明,该算法在跨小区多跳的通信过程中,能选择出协作效率最高的中继节点,减少协作中继的数量,可以减少中继对能源不必要的消耗,改善小区内中继协作效率,在多跳的过程中节省源节点的发射功率,从而达到能效优化的目的.     

基于接收信噪比和网络寿命的最优中继选择

为了增大网络寿命,降低误符号率,优化无直传链路协作通信系统的性能,本文提出基于接收信噪比和网络寿命的最优中继选择算法。由于网络寿命的问题无法直接求解,将其转化为中继节点剩余能量与目的节点达到接收信噪比门限时发射功率的比值。首先计算各个中继在目的节点的接收信噪比,将大于信噪比门限加入候选中继,然后依次计算候选中继的联合优化函数值并排序,值最大者即为最优中继。理论推导了系统误符号率的上下界,仿真表明理论值与仿真值较为吻合,验证了系统在保证较低误符号率的基础上延长了网络寿命。     

多跳多中继无线网络中的协作波束形成技术

针对多跳多中继无线网络中的协作波束形成技术进行研究.在基于放大转发机制的三跳协作通信系统中,对2个中继节点簇的协作波束形成矢量进行联合设计,以求在目标节点获得最大的接收信噪比.该方法首先将原始优化问题加以推导简化,然后应用半定规划方法求解获得协作波束形成矢量的次优解,并结合对分搜索算法加以改进.仿真结果表明,提出的协作波束形成方法可取得明显优于固定放大增益中继策略的接收信噪比.     

直达链路下的能量采集中继选择系统的吞吐量分析

针对三节点传输系统，研究了基于功率分配能量采集的全双工放大转发协作中继方案。考虑源和目的地之间存在直达链路，全双工中继节点采用天线选择技术以最小化中继自干扰，目的节点采用最大比合并技术以最大化目的地接收信噪比。在延迟受限传输模式下，运用高斯-切比雪夫积分推出了系统吞吐量的近似闭合表达式。在延迟容忍传输模式下，运用凸优化推出了系统吞吐量下界的闭合表达式。在多中继情况下考虑了最佳中继选择策略和机会式中继选择策略。数值分析和蒙特卡洛仿真表明，增加中继个数或者减小速率阈值均能提高系统吞吐量。      

Resource allocation scheme in two-way multi-relay OFDM system

A joint optimization scheme for power allocation and subcarrier pairing under high SNR in two-way multi-relay OFDM system was proposed.Unlike those schemes in which relays use subcarriers separately,all the relays were allowed to forward signal on each subcarrier pair for providing much space diversity.With the constraint of total system power,the proposed scheme firstly allocated each relay power with Cauchy inequality with the assuming that the total relay power was fixed.Then the dichotomy was used to calculate the power allocation between the source node and the relay node by maximizing the equivalent channel gain for different subcarrier pairs.Lastly,the power of different subcarrier pairs was allocated by convex programming,and the subcarriers were paired by Hungarian algorithm to obtain the maximum system capacity.There was no optimal power allocation method with low complexity because of the complexity of the power allocation algorithm in two-way multi-relay networks.This algorithm greatly reduces the complexity of power allocation and simulation results show that the proposed scheme outperforms the relay selection scheme and the relays use subcarriers separately scheme.     

MF中继选择系统的物理层安全性能

针对合谋窃听场景下单天线多中继修改转发（MF）协作无线系统的安全性能较差问题,提出一种合谋窃听场景下联合源节点发送天线选择（TAS）和多中继选择的MF协作物理层安全系统,考虑最优的最大化主信道信噪比（SNR）和次优的最大化源节点-中继节点链路 SNR 两种中继选择方案,推导其安全中断概率（SOP）和遍历安全容量（ESC）的解析表达式。最优或次优中继选择的MF安全中继系统的SOP和ESC的数值计算结果与仿真结果相吻合,验证了上述理论分析的正确性;同时也表明源节点发射天线数和中继节点数越多、窃听节点数越少,最优或次优中继选择的MF安全中继系统的物理层安全性能越好。     

QoS-guaranteed multi-relay selection and power allocation optimization in cooperative systems

This paper investigates the relay selection and power allocation problem in multi-user based cooperative networks, where intermediate relay nodes help source forward information to destination using decode-and-forward (DF) relaying protocol. Specifically, we propose a novel multi-relay nodes selection strategy taking both instantaneous channel state information (I-CSI) and residual energy into consideration, by which 'emergence' diversity gain can be achieved and the imbalance of resource utilization can be overcome. Besides, using Largangian dual-primal decomposition and subgradient projection approach, an optimal power allocation algorithm at source and cooperative relay nodes is presented with the constraints of each user's individual quality of service (QoS) requirements and system total transmit power. Theoretical analysis and simulation results demonstrate that the proposed scheme can significantly improve energy efficiency, while guaranteeing a good balance between achievable data rate and average network lifetime with relatively low implementation complexity.     

一种多中继协作系统中的功率分配算法

提出了多中继无线通信系统的模型,研究其源节点和各中继节点间功率分配对系统容量的影响,在总功率一定的情况下,探讨了以容量最大化为准则的功率分配算法。对采用非再生协作中继方式的多中继协作通信系统进行了容量分析,并提出了一种低复杂度的最优功率分配算法(Optimum Power Allocation,OPA)。仿真结果表明,该算法相对于平均功率分配算法(Average Power Allocation,APA),系统容量得到了显著提高,在信道条件差的情况下,性能提高更明显。     

Partial channel state information based sub-optimal SDMA strategies in multiple relay channels

Joint sub-optimization of cooperative relays in Multiple-Input and Multiple-Output (MIMO) multiple relays aided communication system is discussed in this paper. Because the instantaneous channel state information of all source-relay channels and all relay-user channels is difficult to get at each relay node, an unjoined solution is designed according to the channel state information of that relay only. Then a multi-user loading algorithm is proposed to utilize the space diversity through multi-relay transmi...     

Resource optimization in distributed cooperative multi-relay system based on STBC-OFDM

On the basis of the amplify-and-forward relaying mode, a two-hop distributed cooperative multi-relay system is proposed combining with the space-time block coding OFDM (STBC-OFDM) technique. Taking the maximum end-to-end data rate as optimization criterion, the signal-to-noise ratio (SNR) of receiving terminal is deduced. On the basis of the water-filling theory, the optimal power allocation (OPA) is achieved for each subcarrier in each antenna and each relay node (RN) of the two-hop, to realize the resource optimization. Monte Carlo method is adopted in simulation. The simulation results show that compared with the uniform resource allocation scheme, the proposed OPA strategy can improve the system capacity. And the energy consumption of each transmission bit will be decreased, indicating the improvement of resource efficiency. In the scenario that the total power is limited, the system performance can be enhanced further by the distributed cooperative multi-relay through the diversity gain.     

多中继与多用户选择的中继系统安全性能分析

为了考察使用多中继选择与多用户选择的放大转发（AF）中继系统的物理层安全性能,推导了其在瑞利衰落信道上和联合发送天线选择/接收最大比合并天线分集下的非零安全容量概率和安全中断概率的精确表达式以及在高信噪比下的渐近安全中断概率解析表达式。AF中继系统的非零安全容量概率和安全中断概率的数值计算和仿真结果相吻合,验证了以上理论分析的正确性;分析结果表明,其安全分集增益为源节点发射天线数、最优中继节点接收天线数、中继节点数的三者乘积与最优中继节点发射天线数、最优用户接收天线数、用户数三者乘积之间的最小值,且与窃听信道无关。