Optimal power allocation and optimal relay selection for D2D communication

Cellular users can be regarded as relay nodes in cooperation with the Device-to-Device (D2D)communication so as to lower the cost, improve spectrum efficiency and solve the problems of network coverage, as well as improving service quality. In this paper an optimal power allocation and optimal relay selection algorithm based on network coding is proposed for using cellular users in the bidirectional relay nodes system. By fixing the total power of the D2D link to be transmitted, this algorithm optimizes the transmission power of each node, and selects the relay node which can maximize the channel capacity of the D2D link as the best relay node. Simulation results show that compared with other protocols, the proposed protocol can significantly improve the channel capacity of the D2D link.     

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。     

Game theoretic analysis for pricing-based incentive mechanism in non-dedicated cooperative relay networks

In non-dedicated cooperative relay networks, each node is autonomous and selfish in nature, and thus spontaneous cooperation among nodes is challenged. To stimulate the selfish node to participate in cooperation, a pricing-based cooperation engine using game theory was designed. Firstly, the feasible regions of the charge price and reimbursement price were deduced. Then, the non-cooperative and cooperative games were adopted to analyze the amount of bandwidth that initiating cooperation node(ICN) forwards data through participating cooperation node(PCN) and the amount of bandwidth that PCN helps ICN to relay data. Meanwhile, the Nash equilibrium solutions of cooperation bandwidth allocations(CBAs) were obtained through geometrical interpretation. Secondly, a pricing-based cooperation engine was proposed and a cooperative communication system model with cooperation engines was depicted. Finally, an algorithm based on game theory was proposed to realize the cooperation engine. The simulation results demonstrate that, compared with the system without pricing-based incentive, the proposed system can significantly improve the ICN's metric measured by bit-per-Joule and increase the PCN's revenue.     

绿色节能的分布式中继分配算法

中继协作传输不仅能在单天线情况下实现空间分集增益,而且不用提高发送功率,就能获得更大的传输速率,从而提升能效达到绿色节能的目的．协作通信的性能与中继节点分配有着密切关系,因此,如何分配中继节点成为一个研究热点．然而,现存的研究方法中大部分只关注分配节点带来的能效增益,忽略了采取协作后中继节点带来的干扰．为此,笔者综合考虑协作带来的增益与干扰,提出一种分布式中继节点分配算法(Distributed Relay Node Assignment Method,DRNAM),从而更合理地选择中继节点,有效地提升能效．仿真实验表明,DRNAM在固定的传输功率情况下,能明显提升系统性能．     

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.     

协同通信系统中基于系统容量的功率分配研究

对放大转发协同中继系统进行了容量分析,综合考虑源节点与中继节点以及各中继节点之间不同功率分配对系统容量的影响．基于中继信道强度的瓶颈效应,提出了一种使系统容量最大的优化功率分配方案,并得到了源节点功率Ps、中继节点总功率Pr、各个中继节点功率Pi的闭合表达式．仿真结果表明,相比传统的等功率分配,该方案使系统容量显著提高,特别是当信道信噪比较低时,提高比例超过90％;又因其复杂度低,该算法有很强的实用性．     

矿井WSN自适应能量有效及能耗均衡的数据收集方法

针对目前井下传感器网络不能同时兼顾节点能量效率和能耗均衡性的问题,在混合通信方式基础上提出一种矿井无线传感器网络（WSN）自适应能量有效及能耗均衡的数据收集方法（AEBADA）.首先通过比较分析确定了检测区域内环形宽度和节点最小通信半径,而在选择转发节点时不仅考虑节点距离和剩余能量,还包括链接的可靠性以及候选节点的邻居节点数目.仿真结果表明,相比同类混合通信方式和其他典型数据收集方法,AEBADA在节点效率和能耗均衡性以及路由可靠性方面优势明显,不受节点密度和分布状况影响,适用于井下通信环境.     

两跳中继网络的资源分配算法

对于具有中继节点的蜂窝系统,用户的实际速率受限于基站与中继之间链路(第一跳链路)以及中继与用户之间链路(第二跳链路)的吞吐量.单独考虑其中某一跳链路的资源分配,会降低系统的整体性能.因此,针对中继网络,设计了基于两跳链路吞吐量平衡的正向和逆向功率分配算法.其中正向分配算法在进行第二跳链路资源分配时,考虑了第一跳链路的影响.而逆向分配算法则是将第二跳链路的吞吐量作为第一跳链路资源分配的依据.仿真结果表明,设计的算法有利于克服两跳中继网络的瓶颈问题.尤其是逆向分配算法由于充分考虑了用户的最优速率情况,在提高系统吞吐量的同时还减少了能量消耗.     

一种结合威望的D2D通信中继选择算法

为了使终端直通通信能够公平有效地选择中继节点,提出了一种基于威望的中继选择算法．利用威望从社会域的角度描述了设备作为中继的意愿和能力; 同时在物理域分析了设备之间在不同传输模式下的数据传输情况; 采用博弈论的方法在候选中继设备中选出适合的中继,避免了社会关系弱、剩余能量低的设备被选作中继．结果表明,与随机选择算法和最大吞吐量算法相比,该算法提高了系统的吞吐量、终端直通链路的覆盖率以及中继选择的合理性．     

宽带码分多址系统的一种局间负荷平衡方案

为了克服不同交换单元之间负荷不平衡而导致的局部网络拥塞和资源浪费,提出了一种按照链路拥塞程度和呼叫话务量动态选择服务交换单元的局间业务平衡方案.通过在核心网交换节点和无线网络控制器(radionetwork controller,RNC)之间引入一个动态路由节点,使得每个RNC可以连接到多个核心交换单元.对于非接入层信令或者业务,当缺省的核心交换单元或者传输链路过负荷时,动态路由节点可以通过附加的中继链路选择一个相对空闲的交换单元实现传输和交换.采用这种方案有利于降低不同交换局业务不平衡而导致的局部的系统过负荷,但无法消除由于系统总体资源不足而引入的呼损.     

基于SLIPT的混合可见光/射频协作通信系统性能分析

传统无线通信传输和网络接入依赖射频通信技术.随着海量移动设备涌入,频谱资源匮乏、移动设备电能受限等问题对新一代物联网的可持续发展提出了严峻挑战.本文通过融合传统无线射频通信技术与新型可见光通信技术,构建一种基于可见光信息能量同传(simultaneous lightwave information and power ...     

Opportunistic best-relay node selection for cooperative transmission improvement over underlay cognitive radio networks

In cognitive radio (CR) relay networks,most previous work concentrates on maximizing physical layer quality of service (QoS),e.g.,spectral efficiency and achievable data rate,as relay selection criteri...     

基于机会网络编码的多用户协作通信方案设计

为了合理选择中继节点,同时提高网络系统吞吐量,提出了一种结合机会通信和网络编码的多用户协作通信方案.各用户通过中断概率判断是否作为伙伴的中继进行信息转发,中继节点借助网络编码技术,对自己的发送信息和伙伴的信息进行处理,然后发送至接收端.接收端采用相干检测,同时收到多个发送端的信息.在准静态瑞利衰落信道下,与传统的协作方案相比,该机会网络编码方案可极大地提高单用户和网络的吞吐量,降低系统中断概率,且需要较少的时间资源.     

基于SWIPT的乘积Polar编码协作构造与分析

为实现绿色可靠通信,提出了基于无线信息与能量同传(SWIPT)技术的乘积极化( Polar)编码协作系统。 首先,建立基于 SWIPT 的乘积 Polar 编码协作系统模型;其次,将 Polar 码作为乘积码的分量码构建乘积 Polar 码,分别在信源节点和中继节点对其行编码和列编码;最后,在目的节点提出一种低译码时延的两步译码算法,第一步对接收到乘积 Polar 码的码字矩阵分别进行串行相消(SC)译码与列 SC 译码,若第一步译码失败,则执行第二步译码,即将乘积 Polar 码的码字矩阵变换为单行 Polar 码,再 SC 译码。 理论分析与仿真表明,相比点对点系统,基于 SWIPT的乘积 Polar 编码协作大大降低了译码时延;与采用置信度传播译码算法的乘积低密度奇偶校验编码协作系统相比,所提系统误码性能更优。     

DF-UAV中继广播通信系统航迹优化方法

无人机中继通信系统可以为用户提供高质量服务和多种业务辅助,而无人机航迹优化是无人机中继通信系统面临的关键技术问题之一。针对译码转发协议下的无人机中继广播通信系统,研究其航迹优化方法以提高系统链路传输性能。首先,建立了无人机中继通信系统模型,分析给出单用户链路中断概率和系统平均中断概率计算公式,在此基础上提出基于最大用户中断概率最小化准则的中继无人机航迹优化方法,并理论推导出系统的遍历容量精确数学表达式;接着通过计算机仿真分析验证了服务区域半径、最大转弯角、路径损耗因子、发射功率等系统特征参数对中继无人机最优航迹、系统中断性能和系统容量性能的影响,同时对比了相同的优化准则下两种中继转发协议的系统中断性能和容量性能。仿真实验表明,与放大转发协议相比,译码转发协议下的中断性能和容量性能均有明显提升,从而验证了所提航迹优化准则的有效性。     

联合HARQ和AMC中继系统跨层优化设计

为了提高协作中继系统频谱效率性能,对Nakagami-m衰落信道中联合物理层自适应调制编码(AMC)和链路层混合自动请求重传(HARQ)协议跨层设计方法进行研究.首先提出一种状态转移图来分析计算协作中继系统的误包率(PER);然后建立了最大化系统频谱效率的跨层优化模型,并给出迭代求解算法;最后对3种HARQ协议下中继系统性能进行对比分析.仿真结果表明,协作中继系统的性能明显优于非中继协作系统,联合Ⅲ型HARQ的跨层设计可实现比联合Ⅰ型和联合Ⅱ型HARQ更高的频谱效率和更低的PER.     

协作通信系统中能效优化的中继分配算法

在协作通信系统中,中继节点的合理分配对于系统性能提升具有重要的意义。然而,现有的方法往往只从系统容量最大化或者功率最小化单方面研究中继节点分配,缺乏对两者的综合考虑以致最终的中继分配结果不是最优。通过对基于能效(容量/发送功率)的中继分配进行研究,提出一种能效最大化为目标的中继分配算法(EERAA)。该算法首先优化各协作链路能效,然后通过最大权重匹配方法为各源移动终端进行中继节点的分配,从而有效地提高系统能效。经仿真验证,该算法跟现有的算法相比,能得到更高的系统能效。     

DF协作系统中基于中断概率的功率分配算法

针对译码转发(DF)协作通信系统中源和中继采用平均功率分配,导致系统资源利用率较低的问题,提出了一种基于中断概率分析的功率分配算法.该算法以降低系统的中断概率为目标,根据用户上行信道和用户间信道的平均信噪比,推导出该模型的系统平均中断概率上下限表达式,并通过黄金分割法迭代出使系统平均中断概率降低的功率分配因子.仿真结果...     

基于QoS和距离感知的自适应协作差错控制机制

提出一种基于跨层交互的自适应协作差错控制策略,包括距离感知的中继选择和支持区分服务的服务质量(QoS)保障机制. 链路层采用混合自动重传请求(HARQ),物理层采用自动重传请求(ARQ),根据数据包传输特性建立马尔可夫链模型,感知性能进行中继选择;根据应用业务的多样性QoS需求,确定最佳差错控制方案. 仿真实验和数学分析结果表明,所提策略与传统ARQ和HARQ、协作ARQ和HARQ相比,在确保无线传感器网络传输高可靠性的同时缩短了时延并获得了较高吞吐率和能量效率.     

协作通信中的中继节点选取和功率分配联合优化

为了优化协作通信系统的性能,提出了一种基于信道容量增益的中继节点选取策略,并在此基础上提出了源节点和中继节点最优功率分配算法。通过采用凸优化的算法,功率在源节点和中继节点间得到了合理的分配。理论分析和仿真验证表明,所提算法能以较低的复杂度显著提高系统性能和功率效率,因而可以有效地用于基于中继传输的协作通信中。