高信噪比下HDAF协议中的最优功率分配的新方案

混合译码放大转发(Hybrid Decode-Amplify-Forward,HDAF)协议与放大转发、译码转发协议相比,能在很大程度上提高系统的性能,成为近年来的研究热点。在此,研究了在混合译码放大转发协议下的最优功率分配问题。首先推导了高信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)下混合译码放大转发协议中的误符号率的近似和实用的表达式;然后通过建立数学模型,在满足总功率一定的情况下,以最小化系统的误符号率为目标,优化分配系统的总功率;最后在Matlab环境下验证推导结果并做了大量的仿真实验。实验结果表明,所推导的近似的误符号率的表达式与实际误符号率在稍高的信噪比下具有很好的吻合度。混合译码放大转发协议的最优功率分配因子不仅与源节点到中继节点、中继节点到目的节点的信道质量有关,而且与系统的总功率有关。研究发现,随着系统总功率的增大,最优功率分配因子将趋近于1/2。     

一种改进的Two-way中继协作系统下的 节点选取和功率分配策略

为了提高Two-way中继协作系统的总速率,在传统的Two-way DF中继协作系统模型下,介绍了一种双向中继选择(BRS)策略,即同时考虑中继节点处的接收信噪比和中继节点到目的节点的信道增益两个因素来实现最优中继选择。然后在选出了最优中继节点后,基于物理层网络编码协议(PNC)提出了一种新的Two-way中继协作系统的最优功率分配策略。仿真结果表明,在系统总功率较大的情况下,BRS策略较随机中继选择策略(RRS)在系统总速率方面约有2.5 bit/(s.Hz)的提升。同时,提出的基于PNC的Two-way中继协作系统的最优功率分配(OPA)策略较等功率分配策略(EPA)平均取得了1dB的增益,而比传统的One-way中继协作系统在系统总速率上约高出3 bit/(s.Hz)。     

基于中继位置的自适应中继选择方案

针对协作通信中的中继选择问题,提出不同功率分配方式下的自适应中继选择方案,仅在必要时引入额外中继.在源节点和中继节点等功率分配时,利用定义的可行双中继区域缩小候选中继搜索范围.在最优功率分配时,利用几何规划方法对潜在中继进行遍历搜索.仿真结果表明,与传统固定选择方案相比,该方案可有效降低系统功耗.     

无线协作网络中的能量有效性中继选择算法

研究了无线协作网络中的中继选择问题,允许中继具有缓存数据的能力,提出了一种带有buffer的能量有效性中继选择算法,以延长网络生命周期并提高系统吞吐量。该算法综合考虑链路信息,中继的队列状态以及节点的剩余能量信息,通过加权效用公式选择最优接收数据中继与最优发送数据中继。考虑源节点与中继节点间的功率分配,以降低因源节点到中继节点以及中继节点到目的节点间的信道速率不一致所引起的系统丢包率。仿真实验结果表明,该算法有效地延长了网络的生命周期,随着中继个数的增加网络吞吐量有明显的提高,考虑功率分配后,有效降低了系统丢包率。     

隧道多中继协作通信系统功率分配与容量优化

基于多波模信道模型建立了矩形隧道多中继协作通信系统模型,给出了放大转发和译码转发协作模式下多中继协作通信系统的信道容量计算公式。在系统总功率受限的情况下,提出了基于遗传算法的隧道多中继放大转发协作通信系统优化功率分配方法和隧道多中继译码转发协作通信系统多重KKT优化功率分配方法,以优化系统的信道容量。仿真结果表明,隧道多中继协作通信系统优化功率分配方法可提升系统的信道容量。     

基于协作通信技术的无线非再生中继组播网络中的功率最优分配

针对无线非再生中继网络中多播协作通信系统的节点功率最优分配问题,提出了一种新的基于多用户协作分集协议(multi-user diversity-cooperative protocol)的MDPTS(multi-user diversity-cooperative protocol transmission scheme)传输方案.在总功率一定时,利用分集复用增益的权衡对系统的性能进行了分析.在此基础上以系统误帧率最小为目标,提出了发射端和中继器间的功率优化分配方案,在信噪比足够大的条件下,以误帧率下界为目标函数,通过拉格朗日法求得系统的功率分配最优解.仿真结果表明,与采用传统传输方案的网络相比,采用MDPTS传输方案的网络具有更高的分集增益和复用增益上限,因此系统性能也更好.     

AF型中继辅助OFDM系统中的功率优化

讨论了AF型中继辅助OFDM通信系统中的功率优化方案,并针对最优的功率优化方案很难得到闭合解的问题,提出了一种迭代的功率优化算法。这种迭代算法将AF型中继辅助OFDM通信系统中,单个子载波上源节点与中继节点间的功率分配问题以及各个子载波之间的功率优化问题分开,首先计算给定某个子载波上发送总功率下源节点与中继节点间的功率分配,然后在此基础上进一步优化子载波间的功率分配,并迭代逼近最优解。实验证明,在给定传输总功率的情况下,与传统的等功率分配相比这种迭代的优化方案可以获得较高的系统性能优势。     

基于误码率的快速中继选择算法

针对协作网络中的中继选择算法的最优性与运算效率的矛盾问题,在放大转发(AF)协作网络中,提出一种基于误码率的快速中继选择算法。该算法先在等功率条件下,根据信道统计特性及系统误码率,引入一个等效信道增益参数,该参数反映了在协作通信过程中,源节点到中继节点以及中继节点到目的节点两个阶段的信道特性。然后将该参数降序排列,以当前信噪比(SNR)为门限,在等功率条件下选择中继节点集合,使系统的误码率最小。并结合次优功率分配,进一步降低系统的误码率。仿真结果表明,该算法能够取得和穷举算法相似的性能,但计算复杂度至少降低到穷举算法的1/20,且随着中继节点数的增加计算复杂度更进一步降低。同时,仿真结果还表明该中继选择算法的误码率性能优于所有中继节点参与转发（AP-AF）及预先选择一个最优中继节点转发数据（S-AF）算法。     

应急通信系统中协作中继选择与功率分配优化

为提高应急通信系统的信道容量和能量效率,提出一种协作中继选择与功率分配的联合优化算法。在动态的通信环境中,通过最佳期望选取参与数据传输的协作中继集,提高通信系统的信道容量。为使每个用户及整个网络的能量消耗降到最低,采用凸优化方法,合理分配源节点和多个中继节点之间合理的发射功率。理论分析与仿真实验证明,该算法能以较低的复杂度明显提高系统的信道容量和能量 效率。     

最小中断率协作策略和功率分配

在源节点和中继节点总功率一定条件下,提出一种基于有限反馈的中断率最小的协作策略.在信道增益坐标平面内,对于解码转发和直接发射,文中分别给出了等功率和最优功率分配时系统中断率最小的发射模式区域.根据所提出的算法,目的节点只需查看当前信道状态所属的发射区域,并反馈1个发射参数到源节点和中继节点.相比于传统策略,本文提出的策略准确给出了任何信道增益下中断率最小的发射模式,并极大精简了反馈量和计算复杂度.     

基于长延时信道的水下传感器网络中继选择及功率分配优化算法

针对水下传感器网络(UWSN)中水声信道衰落特性随时间-空间-频率随机变化的特点,在此提出利用中继协作网络获得分集增益从而提高水下网络通信质量的水下协作网络模型。基于该协作模型,提出了一种基于信道增益和信号延时双指标最佳中继评价标准,并提出了基于该标准的最佳中继选择算法与基于最小误比特率准则的功率分配算法。仿真结果表明,相比于传统最佳中继选择算法,传输延时降低约16.7%;相对于等功率分配,该算法在典型场景下使误比特率降低1.81dB。     

三协作节点的功率分配及其信道容量

针对多协作用户的功率分配及其信道容量问题,讨论了在三个协作用户的通信模型中,当信道增益固定情况下的功率分配。以信道容量为目标函数,给出了最优的功率分配算法。实验结果表明,当信源节点到目标节点的信道增益大于信源节点到各中继节点的信道增益时,信源节点可以直接传送给目标节点。当信源节点到各中继节点的信道增益的平方与信源节点发射功率的乘积小于相应中继节点到目标节点信道增益的平方与相应中继节点发射功率的乘积时,信源节点可以完全通过中继节点来传送给目标节点,在其它情况下,信源节点可以一部分通过中继节点传输,一部分直接传输到目标节点。     

一种基于叠加编码的协作传输协议

针对传统三节点协作通信模型虽简单易行,但其中两阶段协作传输过程中中继节点通常无偿为源节点转发数据,存在频谱效率低的缺点,基于解码转发（decode and forward,DF）协作协议,以提高系统传输速率为目标,利用链路层控制信息的交换获得链路状态信息（channel statue information,CSI）,提出一种基于叠加编码的协作通信机制。协作中,允许中继节点在转发源节点数据的同时,利用叠加编码进行自身数据的发送,通过灵活调整叠加编码时的功率分配,保证系统的传输速率。仿真结果表明,该机制能有效提高系统的传输速率。     

基于Stackelberg博弈的双层水下传感器网络功率分配算法

针对水下传感器协作通信网络中能量消耗严重的问题,为了平衡节点间的能量消耗,同时提高系统的信道容量,提出了基于节点剩余能量的分布式博弈功率分配算法。将用户节点和中继节点间的交易模型构建为双层的Stackelberg博弈,使剩余能量少的节点提供较少的功率进行转发服务,反之则提供较多的功率进行服务,从而平衡节点间的能量消耗。与未考虑剩余能量的算法相比,在有2、3和4个中继节点时,信道容量分别提升了9.4%、23.1%和16.7%。仿真结果表明,该算法不仅提高了系统总的信道容量,而且延长了水下传感器协作通信网络的生存时间。     

Bargaining game theoretic power control in selfish cooperative relay networks

Wireless cooperative communications require appropriate power allocation (PA) between the source and relay nodes. In selfish cooperative communication networks, two partner user nodes could help relaying information for each other, but each user node has the incentive to consume his power solely to decrease its own symbol error rate (SER) at the receiver. In this paper, we propose a fair and efficient PA scheme for the decode-and-forward cooperation protocol in selfish cooperative relay networks. We formulate this PA problem as a two-user cooperative bargaining game, and use Nash bargaining solution (NBS) to achieve a win-win strategy for both partner users. Simulation results indicate that the NBS is fair in that the degree of cooperation of a user only depends on how much contribution its partner can make to decrease its SER at the receiver, and efficient in the sense that the SER performance of both users could be improved through the game.     

基于缓存辅助的全双工无线携能通信系统的中继选择策略

为了提高无线携能通信（SWIPT）系统的性能,构建了一个全新的基于缓存辅助的全双工中继协作系统模型,并在系统中考虑了空闲能量接入点（EAP）作为中继节点的额外能量补充。对于系统吞吐量最优化问题,提出一种基于功率分配协作的SWIPT中继选择策略。首先,基于通信服务质量与源节点发射功率等约束建立问题模型;其次,通过数学变换将原非线性混合整数规划问题转换为一对耦合优化问题;最后,利用KKT条件并借助拉格朗日函数解决内部优化问题,得到了功率分配因子和中继发射功率的闭式解,并在此结果上解决外部优化问题,选择最佳中继进行协作通信。仿真实验结果表明,空闲EAP和中继处高速缓冲存储器的配置具有可行性和有效性,并且,所提系统在吞吐量增益方面明显优于传统的中继协作通信系统。     

一种用于协作通信系统的频率同步算法

在协作通信领域中频率同步已成为研究的焦点之一。由于其系统特性,载波频率偏移（Carrier Frequency Offset,CFO）普遍存在。考虑了协作通信系统中的多频偏估计问题,提出了一种新的用于协作通信系统的频率同步算法ECR,通过中继节点在转发前进行频率再补偿,使得中继节点转发的信号的发送频率均与源节点的发送频率保持一致,继而目的节点的频率同步问题得以简化,同时系统不会随着中继节点的增多而变得复杂。仿真结果表明,所提出的同步方法在协作通信系统中可以取得较好的系统性能。