认知网络中继位置和功率分配的研究

针对多组多播的认知无线电网络,提出了一种基于组间协作的多播组配对信息传输机制.在满足干扰约束和峰值功率约束的情况下,通过分析瑞丽衰落环境下放大转发(AF)和译码转发(DF)协作单中继系统的性能,将系统总速率作为优化目标,研究了该传输机制下中继位置和主用户位置对于系统的最优功率分配和系统吞吐量的影响.仿真结果表明:中继位置和主用户的位置对于系统性能起着关键的作用,最优功率分配方案取得相对于等功率分配方案更优的性能,采用最优功率分配时,不管是AF还是DF,当中继位于基站和目的节点连线的中点且靠近认知用户时,系统性能最优.     

能量协作网络中基于协作干扰的物理层安全方案

研究了由1个单天线的源节点、目的节点、窃听节点和1个多天线的中继节点组成的系统中,通过能量协作增强保密传输性能的问题。为提高保密速率,中继节点发送经过波束赋形的干扰信号来干扰窃听者。在中继能量供应受限的情况下,提出一种协作干扰与能量协作相结合的方案。源端在能量约束范围内采用能量转移的方式为中继提供用于发送干扰信号的能量。对能量转移量、能量转移时间和干扰信号波束赋形的优化问题进行了求解。仿真结果表明,在不消耗中继自身能量的条件下,与直接传输相比,能量协作和协作干扰方案能够显著提高系统的保密性能。     

基于动态中继激励的协作下行传输用户调度

针对协作下行通信系统提出一种基于动态中继激励的用户调度机制,对目的用户和中继节点进行联合调度,并对协助其他用户数据传输的移动节点给予合理的资源补偿。将中继节点对目的用户的数据协作贡献进行量化,基于该参数和节点的剩余能量进行调度权重的计算,实现对中继节点调度机会的动态补偿。仿真结果表明,所提机制能够改善参与数据协作的用户的调度公平性,延长系统生存时间,提高用户能量效率。     

应用于中继蜂窝网络的混合式协作中继选择算法

提出一种应用于中继蜂窝网络的混合型协作中继选择算法(HCRSA). 当用户采用中继传输时,为实现协作通信,HCRSA算法根据当前小区中的用户密度情况,动态地选择了基站和中继节点之间的协作传输,或中继节点和协作用户之间的协作传输. 仿真结果表明,与固定中继选择相比,HCRSA能根据网络中的实际情况选择不同的协作中继机制,充分利用协作中继来有效提高用户容量,提升系统性能. 性能。     

基于SWIPT的半双工中继QF协作可达速率分析

为解决中继节点能量受限的问题及提高系统能量效率以实现可靠绿色通信,提出了基于无线携能传输（SWIPT）技术的半双工中继量化转发（QF）协作系统.首先,建立基于SWIPT的半双工中继QF协作系统模型,信源节点和目的节点由电源供电,中继节点通过SWIPT技术同时实现信息传输和能量收集;其次,在功率分割协议下,推导出基于SWIPT的QF协作的可达速率表达式,证明可达速率是关于功率分割因子的凸函数,并求解出最优功率分割因子以优化可达速率;然后,针对慢衰落信道,进一步分析了基于SWIPT的QF协作的预期速率;最后,理论分析与仿真结果表明,基于SWIPT的QF协作的可达速率或预期速率均明显优于传统放大转发和译码转发协作,并且基于SWIPT的QF协作在中继节点没有外部供电的情形下,能达到与传统QF协作相近的性能.     

电力物联网D2D通信中模式预选的多播重传技术

针对电力物联网D2 D通信中的模式预选问题,提出多播重传机制.首先,通过分析D2 D传输的集中式和分布式2种重传方案的优势和不足,提出一种新的基于重传模式预选的D2 D多播重传方案.新方案通过簇头汇总D2 D多播ACK状态和簇内链路质量,避免了集中式方案中上行汇报信令开销太大的问题;同时,通过让簇头来决定重传方案后再上报基站的方式,避免了分布式重传方案中预留资源带来的资源浪费问题.簇头充分考虑D2 D链路差异,根据D2 D链路质量自适应地选择最优传输节点,可充分利用D2 D链路的多信道分集增益.理论分析和计算机仿真验证方案在信令开销和传输效率方面的有效性.     

协作蜂窝小区上行链路的中继选择与功率分配

为了最小化能量受限的协作蜂窝小区的总代价,提出了上行链路的功率和中继等资源分配的模型.该模型是一个非线性约束、{0,1}组合优化问题,因而提出了一种自适应的资源分配方案对其求解.针对给定中继节点集合,该方案分别为每个源节点选择总代价最小的中继;而对于给定源和中继对,提出了最小化二者总代价的基于图论的最优功率分配算法.通过仿真和分析表明,该方案近似最优,能够发送更多的数据量,延长网络的寿命.     

协同无线网络中基于能量价格的信道与功率分配联合优化

针对协同无线网络中多终端协作通信的信道分配和功率优化问题,在源节点和目的节点之间实现了基于多种传输方式(直接传输、复用传输和中继传输)的并行数据传输,并通过将终端节点建模为能量卖家,提出了基于能量价格的信道分配与功率控制联合的优化方案. 仿真结果表明,并行传输方式下采用新方案所消耗的系统能耗成本和所获得的网络生存时间明显优于单一传输方式. 此外,通过引入能量价格激励机制,证明了在相同并行传输方式下最优速率分配比平均速率分配在系统性能上有显著改善.     

优化传输性能的机会协作中继系统动态时间分配策略

为了优化能量收集无线网络传输性能,延长网络中能量受限型节点的生命周期,提出了一种基于解码转发策略的机会协作中继系统动态时间分配策略.在满足系统最低传输速率的约束下,推导出中断概率与时间分配系数之间的关系表达式;通过减小系统中断概率来优化时间分配系数,得出系统吞吐量和能量效率的表达式;设计了一种基于次优迭代的时间分配算法,实现问题的求解.仿真实验结果表明,在非理想信道状况下,所提出的策略有较高的系统吞吐量和能量效率,可优化无线网络的传输性能,提高可靠运行度.     

基于混合overlay/underlay方式的认知无线电能效优化策略

为了提高现有频谱资源的利用率,认知无线电技术得到了广泛的关注.针对协作中继认知无线电系统中的能量效率问题,提出一种混合overlay/underlay传输方式的频谱共享策略,它兼具传统overlay与underlay方式的特性.在满足服务质量要求和功率约束的情况下,首先通过一种启发式方案对子载波进行匹配,再引入基于拉格朗日算法对功率分配问题进行优化,获得最优中继及最优功率分配,从而使整个系统的能量效率提高.仿真实验结果表明:基于混合传输方式下系统的能量效率得到显著提升,验证了所提方案的有效性.     

能量采集衬底式认知协作中继网络安全中断概率分析

能量受限协作中继网络频谱利用率低,生存周期短,无线信道开放性所带来的物理层安全受到威胁,对此,将功率信标辅助射频能量采集技术、认知无线电技术和协作中继网络相结合,构建了一种新的中继节点分散布置的能量收集2跳认知协作中继网络;引入单窃听节点对第2跳传输进行窃听,并结合主动和被动窃听方式提出了最优中继选择和次优中继选择方式,推导了2种中继选择方式下次网络安全中断概率闭合式.数值计算和仿真结果表明,主接收节点和中继数目、中继和窃听节点位置设置、能量采集比例、能量转换效率以及信道容量和安全容量阈值都会对次网络安全中断性能产生显著影响.最优中继选择方式下的次网络安全中断性能明显优于次优中继选择方式.功率信标信号功率或干扰约束的增大使得次网络安全中断概率降低,并趋于饱和.     

OFDMA解码转发中继系统的最优资源分配

针对正交频分多址接入-解码转发（OFDMA-DF）中继系统,提出了以最大化系统加权和速率为目标的子载波分配、功率分配、传输方式选择和中继选择联合优化问题. 基于凸优化理论,提出了一种最优资源分配算法,其复杂度仅与子载波数成线性关系. 理论分析和仿真结果表明,结合用户权重的调整,该算法既可实现资源分配的公平性,又可有效利用中继节点的能力,提高系统容量.     

译码转发中继系统中继节点选择及性能分析

在基于译码转发(DF)的多中继两跳传输系统中,为了达到系统传输速率和中继节点负载均衡的平衡, 提出基于负载均衡的中继选择方案. 同时, 利用极值理论分析了系统的平均传输速率和中继选择增益性能. 理论分析和仿真结果表明, 利用提出的中继节点选择方案, 系统可以同时满足中继负载均衡和系统传输速率的需求, 且系统传输速率和中继选择增益与系统中继数量成对数关系.     

基于干扰对齐和波束赋形的多中继传输机制

针对多中继两跳多输入多输出系统,提出了一种中继传输方案和干扰对齐算法.该方案在发送端和中继间采用发送波束赋形技术,实现频谱的高效利用;中继向接收端转发时,采用干扰对齐技术.给出了一种接收端低计算量的干扰消除算法.仿真结果表明,利用该传输方案,能实现较高的系统容量和能量效率.     

基于复数域网络编码的下行传输方案设计

为进一步提高无线中继网络的信息传输速率,提出了一种基于复数域网络编码的有效下行传输方案。不同于传统的信息传输方案,该方案采用时间维复数域网络编码,中继节点对接收到的多个时隙的信源符号进行复数域网络编码并将编码符号同时发送给用户节点;用户节点接收到所有中继节点的编码符号,采用联合最大似然多用户检测恢复信源符号。性能分析和仿真结果表明,该方案的符号错误概率明显低于传统中继传输方案,且能获得更高的信息传输速率和网络吞吐量。     

协同无线网络中感知传输时间分配与功率控制的联合优化

针对协同无线网络中频谱感知和数据传输两阶段的时间分配及功率优化问题,在充分考虑认知用户在各个信道上的不同传输功率及其对授权用户出现概率的误检或漏检的基础上,提出了放大转发模式下基于最大化系统传输能效的感知传输时间分配和功率控制联合优化方案,并证明了该方案可以通过序列优化的方法来获得其全局最优解.仿真结果表明,协作中继传输方式下所获得的系统传输能效明显优于非中继传输方式,且随着感知传输时间分配比率的减小和授权用户信噪比的增加,系统性能将得到进一步提高.     

协作通信网络中基于Lagrange算法的中继选择和功率优化方案

协作通信技术可以有效获取空间分集,并进一步改善系统的性能。为最小化多中继解码转发(decode-and-forward,DF)协作通信系统的总功率,同时满足系统要求的数据传输速率,提出了一种基于Lagrange算法的中继选择和功率分配的联合优化方案。首先根据信源与中继的瞬时信道状态信息(channel state information, CSI)使信源的发送功率最小化,然后选择出最大的可解码中继集合,再利用Lagrange算法对中继功率进行优化,根据得到的信源和中继的功率分配,选择出最佳中继集合,达到最小化系统总功率的目的。仿真结果表明,相对于直传方案和机会中继(opportunistic relay selection, ORS)方案,本研究中总功率消耗明显减少。     

一种AF-MIMO中继系统中的混合协作方案

为了提升协作通信系统中放大转发方案的系统性能,提出了一种新的基于选择中继的混合协作方案．中继节点根据正确解码与否被分为两个集合P和Q,系统分别从两个集合中挑选在目的节点处具有最高信噪比的中继节点进行放大转发．推导出了新方案信道容量的闭式表达式．仿真结果表明,新方案的误码率性能和信道容量均优于传统的基于选择中继的放大转发方案．     

环境反向散射通信辅助CR-WPCNs的中继传输

为了提高覆盖式认知无线供电通信网络（CR-WPCNs）的性能,将环境反向散射通信技术引入该网络中,以提高认知系统的吞吐量。在基于环境反向散射通信的CR-WPCNs中,考虑到认知发射机的传输距离有限,提出了一种基于非正交多址接入和能量收集的中继传输方案,以提高认知系统的通信范围和吞吐量。在信道处于忙碌状态时,需要考虑认知发射机进行环境反向散射通信和认知发射机及中继器进行能量收集的时间资源分配;在信道处于空闲状态时,需要考虑认知发射机和中继器利用收集到的能量分别进行有源数据传输的时间资源分配。将上述资源分配问题建模为一个吞吐量最大化问题,并利用拉格朗日乘子迭代算法进行求解。仿真结果表明,所提方案可以显著地提高认知系统的吞吐量。     

能量协作下中继系统性能推导及仿真分析

由于无线传感器网络频繁使用中继节点带来了能量空洞问题,所以提出了一种单中继通信下基于能量协作的降低中断概率和减少能量消耗的方案。该方案假设中继节点分布为泊松点过程,并且源节点和中继节点能够从环境中收集能量。首先,在发送数据的初始阶段,源节点依据自身电池储能状态有概率地选择直通链路或者中继链路,再结合中继节点位置与电池稳态分布,利用信噪比推导出系统的中断概率表达式;而后,建立以消耗能量值最小化为目标函数的最优化模型,通过粒子群算法求出使系统消耗能量最少时的参数分配。由仿真结果可知,与原有方案相比,所提出的模型能获得更低的中断概率,且证明了能量协作可明显地减少通信过程中的能量消耗。