协作网络中基于中继选择的协作波束赋形算法

针对多中继网络中所有中继节点都参与协作的协作波束赋形方法,提出了一种基于选择的协作波束赋形算法。该方法将最小化系统中断概率作为目标,得到一个次优的中继节点选择门限,小于门限的中继节点被逐一剔除,从而保证了网络中的资源只分配给有用的中继节点,获得了分集增益。该选择方法需搜索次数和中继节点的个数相等,因此大幅降低了选择过程的复杂度。蒙特卡洛仿真表明,选择波束赋形算法可有效提高系统中断概率性能和网络能量效率。     

快衰落信道条件下无线中继系统波束形成方案

随着设备小型化的发展趋势,天线间距较小,信道具有相关性;且假设发射端处于高速移动状态,无法获得完全信道状态信息,只能根据部分信道状态信息设计发射端波束形成方案。针对发射端和接收端配置多天线的固定增益放大转发无线中继系统,以最大化接收端信噪比为准则,设计了基于部分信道状态信息的波束形成方案,推导了系统中断概率和平均误符号率的闭合表达式,通过仿真验证了性能分析的有效性和所设计方案的优越性。在平均误符号率为10-2、相关系数为0.8时,所提方案比反馈信道状态信息的方案节约1.6 dB的信噪比。     

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.     

一种多源协作网络的分布式功率分配与中继选择算法

该文针对多源-多中继放大转发协作通信网络,以最小化系统总功率为目标,在保证系统满足一定中断概率的前提下,提出了一种分布式功率分配与中继选择算法.算法由源节点自主选择为其转发信息的中继节点,并引入定时器,通过竞争方式避免了分布式所导致的中继选择冲突.中继收到来自源节点的信号后,只需根据转发门限自主判断是否进行转发,从而完成传输.仿真结果表明该分布式算法能够有效降低传输所需要的总发射功率.并且与集中式控制所获得的最优中继选择与功率分配算法相比性能相近,但所提分布式算法显著降低了系统的控制开销.     

AF协作分集中的功率优化分配方案

在慢衰落信道中,协作分集是一种新的空间分集方式.为提高协作通信系统的性能,提出以最小化系统中断概率为目标的功率分配方案.综合考虑所有路径的信道噪声功率,运用注水原理,提出在接收端最大比合并下的最佳功率分配方案.该方案计算简单,且仅需已知各个中继节点的平均信道状态信息,无需在传输中实时更新,因而不增加系统的额外开销.仿真结果表明,该方案与等功率分配方案相比,能显著降低系统的中断概率.     

基于议价博弈论的无线协作中继网络性能改进算法

针对自私性无线协作中继(CR)网络中的放大再中继(AF)和解码再中继(DF)协议,分别给出 公平且有效率的协作中继功率分配方案。两种方案虽然具体研究内容有差别,但有着共同 的研究策略。首先,将节点间的协作功率选择问题建模为纳什议价博弈问题(NBP);然后, 通过求取其纳什议价解(NBS)获得协作节点的共赢策略;最后,针对AF和DF协议分别给出计 算机仿真。仿真结果表明,所提出协作中继性能改进算法的效率性体现在所有协作节点在AF 和DF协议中均获得信号接收质量的提高,其公平性则体现在任意节点为其协作伙伴所贡献的 转发功率大小仅取决于对方为其带来的性能增益大小。     

AF协作分集中的功率优化分配方案

在慢衰落信道中,协作分集是一种新的空间分集方式。为提高协作通信系统的性能,提出以最小化系统中断概率为目标的功率分配方案。综合考虑所有路径的信道噪声功率,运用注水原理,提出在接收端最大比合并下的最佳功率分配方案。该方案计算简单,且仅需已知各个中继节点的平均信道状态信息,无需在传输中实时更新,因而不增加系统的额外开销。仿真结果表明,该方案与等功率分配方案相比,能显著降低系统的中断概率。     

最佳中继协作通信系统的功率分配算法

 为提高基于最佳中继选择的协作通信系统的性能,提出了以最小化系统中断概率为目标的功率分配算法.首先建立了系统的优化模型并证明了待解的优化问题实质是凸优化问题,由此提出了最优功率分配算法并给出了算法步骤.其次,在此基础上提出了一种有效的次最优功率分配算法,该算法计算简单且仅需已知各个中继节点的平均信道状态信息,无需在传输中实时更新,因而不增加系统的额外开销.仿真结果表明,本文提出的最优算法和次最优算法所得到的功率分配方案与穷举搜索方法的结果非常接近;与等功率分配方案相比,这两种算法均能显著提高系统的中断概率性能.     

多中继放大转发协作通信中的功率分配和中继位置联合优化

文章研究了多中继放大转发协作分集系统中的功率分配和中继位置联合优化问题。利用信道的统计状态信息,在总功率一定的条件下,以最大化系统的信道容量为目标,推导了多中继和选择中继两种模型下基于高信噪比近似的联合优化算法的闭式解。理论分析和仿真验证表明,提出的算法大大提高了传统的等功率分配方案下系统的性能。     

多用户MIMO网络的OFDM放大转发双向中继策略

在多用户MIMO通信网络中,该文提出一种新的放大转发双向中继策略,在第1时隙的多址传输中采用OFDMA,在第2时隙的广播传输中采用OFDM/SDMA,通过利用频率分集和空间分集提高了系统性能。针对双向中继传输的特点,采用两种方法在每个子载波上设计了中继波束形成矩阵,即信漏噪比(SLNR)准则和块对角化迫零(BDZF)准则。利用割集理论推导了该双向中继网络的容量域上界。仿真结论表明,所提出的双向中继策略在系统和速率性能上优于其他3种中继策略,并能逼近所推导的容量域上界。     

物理层安全约束下的AF双向中继系统波束赋形和人工干扰联合设计

波束赋形和人工干扰是现有研究中最为常见的两种物理层安全增强技术,本文针对AF （放大转发）双向中继模型,探讨了两者的联合设计问题。在已知理想信道状态信息的条件下,本文提出了一种波束赋形和人工干扰的混合协同传输方案,推导了总功率受限条件下的和安全速率,通过两步迭代搜索算法得到了其最佳联合方案,并与一种低复杂度的次佳联合方案进行比较。仿真结果验证了所得联合方案优于次佳联合方案,并进一步改善了AF双向中继系统的安全性能。     

异构密集网中一种抗多窃听者的协作安全波束成形方案

为保证异构密集网中多个窃听者联合窃听时宏基站用户的下行通信安全,该文提出一种抗多窃听者的协作安全波束成形方案。该方案通过联合设计宏基站和微基站的最优协作波束成形矢量,使保密信息传输速率提升的同时,其他用户的下行信号进一步干扰窃听者,从而最大化系统安全速率。为获得最优的协作波束成形矢量,在考虑其他合法用户的服务质量及基站功率限制时,对该安全速率最大化问题进行建模。采用半定松弛技术及Lagrange 对偶理论将原始的非凸优化问题转化为一系列的半定规划问题进行求解。仿真结果验证了所提方案的有效性和安全性。     

Energy Harvesting in Cognitive Networks with Cooperative Beamforming: Power Allocation and Stability Analysis

Energy harvesting (EH) is a promising technology to improve both energy efficiency and spectral efficiency in cognitive radio (CR) networks. However, due to the randomness of the harvested energy and the interference constraint at the primary users (PUs), the limited transmission power of secondary users (SUs) may reduce the service rate of SUs. To solve this problem, this paper investigates a cooperative transmission method where a zero-forcing beamforming method is used in the EH based secondary network. Considering the transmission power constraint and energy causality, we derive the closed-form solution of the optimal transmission power for the secondary source and relays, which achieves the maximal stable throughput of the secondary network. Numerical results show the impact of different system parameters to the maximal stable throughput. In addition, compared with the traditional decode-and-forward (DF) scheme, the cooperative beamforming method achieves higher stable throughput under an high quality source-to-relay channel.     

频率选择性信道中的多用户分布式波束形成技术

该文研究频率选择性信道中多用户点对点分布式中继网络波束形成技术。为了均衡源节点与中继节点以及中继节点与目标节点之间的频率选择性信道,该文提出的波束形成技术在中继节点上采用有限长响应滤波器和滤波而后转发的中继数据传输方法,以最小化中继节点的发射总功率为目标,同时满足所有目标节点的服务质量(QoS)。该波束形成优化问题的直接形式由于其非凸性而难以求得最优解。该文采用半定松弛(SDP)方法将其近似为凸优化问题,进而可以用内点法高效快速求解。仿真结果表明,相较于传统的放大而后转发的波束形成技术,所提波束形成方法能有效提高频率选择性信道中多用户中继网络的性能。     

基于射频能量收集的无线中继网络资源分配

针对现有射频能量收集网络资源分配研究局限于单个数据源场景,无法适配于多数据源网络的问题,提出了一种适用于多数据源场景的射频能量收集中继网络传输协议框架,在该框架内节点可作为源节点或中继节点传输自身数据或转发数据,并在其他节点的数据传输过程中完成射频能量收集。以协议框架为基础,分别以系统吞吐量及用户公平性为优化目标设计两种资源分配方案。仿真表明,两种方案可有效改善网络吞吐量及资源分配公平性。     

射频能量采集非可信中继网络中物理层安全传输

射频能量采集技术为能量受限无线通信系统提供了一种有效的能量供给方式.假设能量受限中继节点具有射频能量采集能力,本文设计了中继非可信情况下的物理层安全传输方案,配置多天线的源节点采用发送天线选择策略来增强中继节点的能量采集性能,目的节点发送人工干扰来抑制非可信中继对保密信息的窃听.在瑞利块衰落信道条件下研究了所提方案的物理层安全性能,推导了系统安全中断概率、连接中断概率和安全吞吐量的闭式表达式.计算机仿真验证了理论推导的正确性,揭示了各系统参数对物理层安全性能的影响关系.     

Secrecy Performance of CCRN with an EHAF Relay under Source and Destination Jamming

In this paper, we investigate the secrecy performance of a cooperative cognitive radio network (CCRN) considering a single energy harvesting (EH) half‐duplex amplify and forward (AF) relay and an eavesdropper (EAV). Power is allocated to each node under cognitive constraints. Because of the absence of a direct wireless link, secondary source (SS) communicates with secondary destination (SD) in two time slots. The SD and the SS broadcast jamming signal to confuse the EAV in the first and in the second time slots, respectively. The relay harvests energy in the first time slot and amplifies and forwards the signal to SD in the second time slot. The EAV employs maximal ratio combining scheme to extract the information. We evaluate the performance in terms of secrecy outage probability (SOP) of the proposed CCRN. The approximate expression of SOP is obtained in integration form. Improvement in SOP is expected for the proposed CCRN because of the use of jamming signals. The secrecy performance of CCRN improves with increase in primary transmit power, peak transmit power of secondary nodes, channel mean power, and energy conversion efficiency but degrades with increase in threshold outage rate of primary receiver and threshold secrecy rate. A MATLAB‐based simulation framework has been developed to validate the analytical work.     

无线协作网络中一种高效的分布式安全中继选择方法

Cloud computing is always adopted to enhance the computing capability of mobile systems , especially when the mobile users prefer to use some computation intensive applications . Consequently, the distributed wireless relay infrastructure should be deployed to aid the traffic transmission. To further enhance the QoS provisioning goals of wireless cooperative network, this paper puts forward a multiobjective approach for distributed optimal relay selection, which takes Bit Error Rate (BER) and Secrecy Capacity (SC) into account simultaneously. Firstly, our proposal partitions the channel state into several levels according to the received signaltonoise ratio (SNR) and describes the timevarying Rayleigh fading channel characteristics by using first order finitestate Markov model. Secondly, we model the relay selection as Restless Multiarmed Bandit optimal solution problem with respect to the channel state and the state transition probability. Finally, simulation results demonstrate the efficiency of the proposed approach which outperforms the existing ones .     

基于认知的协作系统中继分配算法

随着无线移动通信系统的飞速发展,无线通信网络能耗急剧增加,基于中继协作技术的绿色无线通信研究受到众多研究者的关注.针对基于认知的中继协作系统,提出了一种以最大主系统能效为目标的中继分配算法.该算法在不影响主系统性能基础上,对主系统请求次系统用户作为中继转发数据,且共享主用户频谱进行了简要介绍.算法中次系统通过最大权重匹配方法为主系统分配中继（次用户）,在满足主系统能效最大化的同时,实现了次系统与主系统的频谱共享.对算法进行仿真验证,提出的算法能获得较高的主系统能效,同时提高了整个系统的频谱利用率.