基于携能通信的大规模无线协作网络中断性能分析

将能量采集技术与大规模无线协作通信网络相结合,分析了在信息与能量同传环境下,大规模无线协作通信网络的中断性能.提出了一种中继协作传输协议,将位于源节点的中继区域内,并且能够成功解码源节点信号的中继节点定义为潜在中继,潜在中继用于协助从源节点到目的节点的信息传输;通过随机几何的数学工具,进一步分析了接收端使用选择合并接收方式下的中断性能,并对比了协作链路、中继链路以及直接链路三者的中断概率;最后对理论分析结果进行了仿真验证.验证的结果表明,最优中继策略下的中断性能最优.     

对称信道下的混合前传协作通信方案

为了降低协作通信的中断概率,提出了一种对称信道下的混合前传协作通信方案. 该方案中,各中继节点根据源到中继的瞬时链路状态决定采用解码转发（DF）或放大转发（AF）协议进行协作通信,从而不同的中继节点可能采用不同的协议进行协作通信. 推导了混合前传协作通信方案中断概率的算术表达式,并将混合前传协作通信方案与传统的DF协作方案和AF协作方案进行仿真比较,结果表明,混合前传协作方案能有效减小通信系统的中断概率.     

MIMO协作传输系统的中继选择及中断概率分析

为实现多输入多输出(MIMO)再生中继网络中源节点和目的节点之间的协作传输,提出了一种中继选择算法. 被选中的中继节点的两跳链路等效功率增益的最小值在所有备选中继节点中最大. 针对该选择策略,采用一种理论近似的方法分析了其中断概率. 基于这种协作策略还给出了在总功率受限的条件下,源节点和中继节点之间的功率分配方法. 理论分析和仿真结果表明,该选择算法可显著降低系统中断概率. 同时,分布式的选择算法在系统性能和复杂度之间取得了较好的平衡,是可使用的中继选择策略.     

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。     

最近中继协作算法研究

为提升多中继协作通信系统性能,提出一种最近中继协作的传输算法。算法通过选择最近的邻居节点作为中继来辅助传输。通过公式推导,计算出中断概率与小区半径和发送功率直接的关系,仿真结果表明,提出的算法得到的仿真结果更接近Genie-aided算法的理论值下界值,且优于直接传输和分布式协作传输方案。固定小区半径时,当达到一定的中断概率时,发送功率降低了6 dBW。     

存在多个干扰时的机会中继性能分析

在多个干扰对中继节点和目的节点都产生影响时,为了最小化中断概率,提出了3种机会中继选择协议: 目的节点忽略直接传输,目的节点采用选择合并(SC),目的节点采用最大比值合并(MRC)．推导了独立同分布和独立不同分布瑞利信道中3种机会中继选择协议的中断概率．仿真结果与理论分析结果一致,并且就中断概率而言,当源节点与中继节点之间信道质量较差时,采用SC的机会中继协议性能优于其它两种协议．反之,采用MRC的机会中继协议性能最优．     

解码转发协同中继网络多用户分集

理论分析了协同中继网络中多用户分集的性能,推导得出了在解码转发方式下,基于多用户分集增益的系统中断概率和符号错误概率的闭式表达式。理论和仿真研究表明,在多用户协作中继网络中,运用多用户调度策略可获得较高的分集度增益. 多用户协作中继网络中的中继和接入用户均是有效的多用户分集增益源.     

基于码率兼容LDPC码的多中继协作自适应传输

为适应动态信道条件,提高传输可靠性,基于增量冗余混合自动重传请求和码率兼容低密度奇偶校验码（RC-LDPC）,研究了多中继选择的速率自适应中继协作传输体制.针对中继节点的随机分布和特定分布,提出2种不同的中继选择协作方案,并给出了系统中断概率和吞吐量性能的表达式.数值分析和仿真结果表明,在中继节点的特定分布下引入中继之间的相互协作,可同时显著提高系统的中断概率和吞吐量性能.     

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.     

协作中继中断性能和差错概率分析

针对单峰窝下通信的三节点(源节点、中继节点和目的节点)协作传输模型,分析了中继节点分别采用放大转发模式和解码转发模式时对传输的中断概率和差错概率,并采用蒙特卡洛仿真对其性能进行评估。仿真结果表明,与放大转发模式相比解码转发模式可获得更低的中断概率,而解码转发模式的误比特率低于放大转发模式。     

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。     

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.     

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。     

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。     

基于多元LDPC码的多用户协作方案

与Turbo码相比,多元LDPC码有更好的waterfall和error floor性能。该文将多元LDPC码应用于译码转发协作系统中,提出基于中断概率的多用户协作方案。各用户通过判断自己与信源节点间的信道是否发生中断,决定是否作为中继。若没有发生中断,用户先对接收到的信息进行译码,再采用多元LDPC码重新编码后发送至目的节点。仿真结果表明,当误比特率(BER)为10-4时,相比于随机协作方案,该方案在高斯信道下可获得0.3 dB的性能改善,在瑞利衰落信道下可获得0.4 dB的性能改善。     

瑞利信道中存在干扰时的机会中继性能分析

在干扰对中继节点和目的节点都产生影响时,根据是否考虑直接传输,提出了2种最小化中断概率的机会中继协议. 考虑直接传输时,目的节点采用最大比值合并直接传输和中继传输. 推导了2种机会中继协议在独立不同分布瑞利信道中的中断概率. 仿真结果表明,就中断概率而言,考虑干扰的机会中继优于不考虑干扰的机会中继,考虑直接传输的机会中继优于不考虑直接传输的机会中继.     

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.     

一种基于ARQ的最优中继动态选择协作方法

在以多轮重传增加时延为代价提高可靠性的自动重传请求（ARQ）协作网络中,对中继节点无信号合并接收能力时的跨层协作策略进行了研究,提出了一种在ARQ重传过程中系统解码集和最优中继选择动态改变的选择协作方法。在Rayleigh衰落信道环境中,该方法能够在不增加中继节点接收机复杂度的情况下取得最优分集-复用-时延（D-M-D）权衡。仿真结果表明,该方法的系统中断概率性能与中继节点具备信号合并接收能力方案的中断概率性能接近,能够在接收机复杂度和系统性能之间取得较好的权衡。     

多源-多中继协作通信的中继选择与功率分配

针对多中继协作通信带来的中断性能差与高能耗问题,在N个源节点的混合译码放大转发网络中,提出了一种基于多源-多中继协作通信的中继选择与功率分配方案.该方案将空闲时的N-1个源节点当作"中继节点","中继节点"根据信道统计特性值自适应地降序排列,选取M个"中继节点"组成最优中继集合.当中断概率一定时,根据信噪比门限判断被选择M个"中继节点"的协作方式,构造系统总功率Lagrange函数,通过 Karush-Kuhn-Tucker极值条件求得系统各节点的最小功率.数值分析结果表明,在传输速率为0.5~0.8 bit·s-1·Hz-1范围内,相比于放大转发方式下的多源-多中继协作通信的功率分配方案,该功率分配方案的总功率节省了9~22 dBm,极大地减小了系统资源的消耗.     

Nakagami-m信道下DAF选择中继的中断性能分析

为了解决协作通信系统中选择中继算法中断性能分析复杂的问题,提出了一种新的中断分析方法.基于功率受限协作通信系统,考虑Nakagami-m独立同分布信道下一种带有直通链路的选择中继模型,在该模型下推导了中断概率表达式,分析了系统的中断性能,经仿真验证了理论分析的准确性.探讨了优化功率分配,给出特定中继数情况下的功率分配系数.分析结果表明,在该模型下的中断性能与已有模型相比均有所提高.