船舶协同通信资源配置优化算法

针对船舶协同通信资源分配不合理,多种业务无序传输,导致网络整体吞吐量下降问题,研究新的船舶协同通信资源配置优化算法。在分析基于空天地海通信的船舶协同通信网络模式,了解此类协同通信网络主体后,构建基于优先级的协同通信频谱资源配置优化模型,模型在划分船舶协同通信业务优先级的基础之上,设计实现协同通信下行链路总吞吐量最大化的目标函数,由萤火虫算法求解满足此目标的下行链路船载终端频谱资源配置优化方案,完成船舶协同通信资源配置优化。实验结果显示,该算法优化下,船舶协同通信网络业务传输优先级明确,吞吐量可满足多数船舶通信需求,且大容量传输类、密集接入类、超远程实时类业务数据均可成功、可靠传输。

基于协同通信的移动自组网广播方案设计

移动自组网中大多采用冲突避免协议,广播时存在大量的冗余数据及信道冲突,在复杂的信道环境下会降低系统的通信效率。结合协同通信与动态时隙分配技术,提出了一种基于协同通信的移动自组网广播方案。该方案分成竞争、控制报文和数据传输3个阶段。竞争阶段利用基于载波侦听多址访问(Carrier Sense Multiple Access,CSMA)的广播网络洪泛少量竞争报文,分配广播权限;控制报文阶段结合协同通信,利用时隙分配算法完成节点的时隙分配;数据传输阶段,利用协同通信结合时分多址(Time Division Multiple Access,TDMA)动态时隙分配算法,使得节点能够充分利用信道资源进行数据发送,避免节点间的相互竞争,提高数据传输效率。

单中继协同通信中基于最大化信息速率的功率分配

为了解决减少资源又能使系统的性能得到提升的问题,在单中继协同通信模型中,提出一种功率分配方案。在保证总发射功率的约束条件下,建立目的节点信息传输速率实现最大值目标的凸优化函数问题,且拉格朗日函数用于优化源节点与中继节点的发射功率。仿真结果表明:与非协作方案、等功率分配相比,该方案能够提高通信系统的目的节点处的信息传输速率,并且可以较好地降低节点的发射功率。

协同通信系统中基于遍历容量的近似最优功率分配

传统半双工放大转发(AF)协同通信无论信道状态如何,总是采用协同通信模式,在一定程度上降低了系统自由度的利用率。基于此研究了"何时协同"与最优发送功率分配的问题。首先给出了AF系统的遍历容量表达式及其上界;然后以遍历容量上界为代价函数,提出一种适用于AF系统的近似最优功率分配方案(AOPA),通过比较源—目的端与中继—目的端的统计信道增益来判定是否需要采用协同通信模式;最后,还分析了在中继端按随机方向模型移动时AOPA方案的性能。理论分析和仿真结果表明,AOPA方案在系统容量和误码差错性能上均要优于等功率EPA方案。

基于定向天线的多中继节点的AF协同通信系统性能分析

研究了基于定向天线的多中继节点放大转发协同通信技术。首先,从理论上推导了全向发送-全向接收(without beamforming transmit-receive,N-BF),定向发送-全向接收(beamforming transmit-without beam-forming receive,T-BF)以及定向发送-定向接收(beamforming transmit-beamforming receive,TR-BF)3种模式下信道容量及其中断概率。然后,结合具体的数值仿真对不同模式下的信道容量和中断概率分别进行了详细的分析比较。结果表明,TR-BF性能最优,TR-BF以及T-BF相比N-BF而言,系统受噪声影响更小。

不同功率分配与中继位置下协同通信SER性能分析

在中继端运动与静止两种情况下分析了一个两用户放大转发协同通信系统的误码率(symbol-error-rate,SER)性能。首先得到M-PSK调制下的SER封闭表达式与相应上界,以此提出一个最优功率分配方案(optimum power allocation,OPA),目的是使得SER最小,然后讨论了在最优与等功率分配(equal power allocation,EPA)两种方案下中继按照椭圆拓扑运动时对SER的影响。EPA方案下,精确最优中继位置恰在源端与目的端的中点处,但是在OPA方案下最优位置却离目的端更近,并且,无论中继端运动还是静止,OPA方案都能得到比EPA更好的SER性能。

网络卷积协同通信新系统及性能

提出一种新的协同通信系统——网络卷积协同通信系统.新方案借鉴网络编码的思想,对协同用户自身要传输的数据和需要转发的同伴数据进行相关卷积编码,这样整个协同通信方案可等效为一个卷积编码器,在获得分集增益的同时可获得编码增益,提高系统的误码性能.在假设协同用户间信道理想的情况下,理论推导出系统误码率性能的上界.理论分析和仿真结果表明,网络卷积协同通信系统在协同用户间信道理想,且误比特率为10^-3时,较编码协同通信和无协同通信系统分别约有8～9 dB和11～13 dB的增益.

混合译码放大转发协同通信的功率分配

协同通信中,有效降低系统的发射功率是移动网络绿色化的一种解决方案。针对未来移动通信系统的节能问题,给出了协同通信系统中混合译码放大转发(hybrid decode-amplify-forward,HDAF)的功率分配方案。该方案以直接传输方式的中断概率值为约束条件和总功率最小化为目标,采用极值问题的分析方法,得到了准静态瑞利平坦衰落信道中HDAF协作方式源节点和中继节点功率。数值分析结果表明,在相同的中断概率约束条件下,采用HDAF协作方式所需的总功率比放大转发(amplify-forward,AF)、译码转发(decode-forward,DF)协作方式少5 dBm^17 dBm,最大限度地节约了系统资源的消耗。

协同通信在煤矿井下的应用研究

针对煤矿内复杂的电磁波传播环境和突出的多径效应,分析了矿井无线通信抗多径干扰主要方法。根据协同通信技术的特点,提出将协同通信方式应用于矿井无线Mesh网络通信系统,并给出了基于协同的无线Mesh通信系统架构。围绕几种典型的矿井环境的几何结构特点,分析了基于协同的无线Mesh系统子网在相应环境下的协同中继方式。

一种无线Mesh网络中基于协同通信的多包接收方法

协同通信容许移动节点共享彼此的天线以构建虚拟多入多出系统,可有效获得空间分集增益。为利用虚拟多入多出信道的分集增益,该文提出了一种在无线Mesh网络上行链路中采用协同策略的多包接收方法。该方法中提出由发生冲突的Mesh终端及其协同节点构建虚拟多入多出信道,且多天线Mesh路由器通过串行干扰消除算法来快速分离冲突包。理论分析和仿真结果表明该方法可充分利用空间资源,相比NDMA和TDMA可有效提高系统的有效吞吐量并降低时延。

多用户协同通信与感知技术

协同通信技术和感知无线电技术是近年来的研究热点,已受到广泛关注。协同通信技术可提高系统的传输能力,感知无线电技术可提高频谱的使用效率,两者的结合将会对未来的无线移动通信系统带来重大影响。本讲座将分3期:第1期介绍协同通信技术提出的背景、协作方式及关键技术;第2期将介绍感知无线电技术的基本概念、关键技术及相关标准;第3期将探讨两种技术的有效结合方式及它们对现代无线通信产生的重大影响。

解码前传协同通信的断线率最小化

提出了一种自适应无校验解码前传(decode and forward)协同通信方案,方案利用有限比特的反馈,基于最小化断线率(outage probability)这一目标,进行自适应功率分配。给出了完整信道信息反馈条件下的功率分配方案,得出其断线率性能,并以此作为有限反馈比特条件下的性能限;提出了少量比特反馈条件下的自适应发射功率分配方案,并通过仿真证明只需要少数几个反馈比特,就可以达到很大的性能提升。提出的两用户共用反馈信息的方案,与以往的针对中继信道设计的每用户采用不同的反馈信息方案相比,在总反馈比特数相同的情况下具有较大的性能增益。

基于空时分组编码的协同通信系统性能的研究

该文提出了一种基于空时分组编码的协同通信方案(WCC-STBC),通过理论分析得到了系统的误码率传输特性,并给出了Monte Carlo仿真结果。理论分析和仿真结果表明:WCC-STBC方案通过临近用户之间的空时协同发送可获得分集增益,增益的大小与协同信道及各用户信道的传输特性有关。在误比特率为10^(-3),两用户间协同信道的传输特性优于各用户(假设各用户传输特性相同)5dB时可获得约3dB的分集增益:一个用户信道的传输特性(假设其与两用户间协同信道传输特性相同)优于另一用户5dB时,信道传输特性较差的用户可获得约5dB的性能提升,且较好信道用户的性能损失并不大,仅约0.5dB。

无线传感器与执行器网络中协同通信研究综述

首先介绍了WSANs协同通信的意义和作用;然后根据协同级别对协同通信进行分类,分别讨论了每一类中重要和有代表性的协议,并从主要的网络性能方面进行对比分析;最后提出了几个WSANs协同通信中需要进一步研究的问题。

一种基于OFDM的协同通信策略

为了有效对抗频率选择性衰落,将正交频分复用(OFDM)技术应用于协同通信系统,针对该系统的特点,提出了一种带循环冗余校验(CRC)的选择子载波译码转发策略。应用此策略,中继节点可以根据信道估计的结果选取衰落较小的子载波转发被自己正确解码的信息。仿真结果表明,与传统的译码转发策略相比,该策略具有更好的误码性能。

放大转发协同通信中协同时机的选择与误码率性能分析

传统半双工放大转发(AF)协同通信无论信道状态如何,总是采用协同通信模式,在一定程度上降低了系统自由度的利用率。基于此,本文研究了"协同时机"的问题。首先以优化一个具有两用户的AF系统的遍历容量为目标,提出一种改进的放大转发方式(IAF),通过比较源-目的端与中继-目的端的瞬时信道增益来判定是否需要采用协同通信模式。然后推导给出IAF方式下系统误码差错性能的近似闭合表达式。最后,文章还比较了两种不同功率分配方案下IAF与AF方式的系统性能。理论分析和仿真结果表明,IAF方式在遍历容量和误码差错性能上均优于传统AF方式。

双向多中继协同通信系统的性能分析

针对频率非选择性瑞利衰落信道,研究了双向多中继协同通信模型的系统性能。首先,基于模型的信号传输过程分析了系统的信道容量;然后,根据接收信噪比的累积分布函数推导了系统中断概率的闭合上界表达式;进一步在MPSK调制方式下,通过计算在高信噪比条件下的矩母函数,推导了平均误码率的闭合表达式。仿真结果验证了理论推导的正确性,并且表明双向多中继模型的中断概率和平均误码率两项性能指标都优于双向单中继模型。

译码转发协同通信网络自适应中继选择算法

为了优化译码转发协同通信网络的性能,提出一种自适应中继选择算法(ARS),并对系统中断概率和平均协同中继数进行分析。该算法在源节点到目的节点的直接传输失败时,目的节点对译码集中的中继节点按信道质量进行降序排列,依次选择序列中的中继节点参与协同,直到目的节点的瞬时接收信噪比不低于预置信噪比门限。仿真结果表明,ARS算法能够获得最优系统中断性能,有效减少平均协同中继数,从而提高带宽效率,降低系统开销。

LTE后续演进中基于频谱聚合的协同通信

大带宽无线传输有两个实现途径,一是设计频带更宽的单一系统,一是进行不同系统间的协同设计。前者是在同一种空口内采用基于多载波的频谱聚合,后者是在不同空口之间采用基于多载波并行传输的频谱聚合。通过多载波并行传输实现系统内和系统间频谱聚合,可以充分利用现有射频技术和器件,降低设备的研制和运营成本。而系统间的频谱聚合,特别是异构系统间的频谱聚合,除了可以扩展传输带宽的基本功能之外,还可以解决频分复用系统对非对称业务的支持以及时分双工保护带的利用问题,对运营商更具有商业上的现实意义。

多中继放大转发协同通信系统功率分配方法

功率分配一直是无线通信系统中的一项最主要的关键技术,研究如何提高能量利用率对无线通信系统有重大意义.针对多中继放大转发协同通信系统,提出一种新型的功率分配方法,以最小化发送功率为目标,将模拟退火(simulated annealing,SA)算法应用于求功率分配因子.仿真结果表明,该方法在误码率性能和系统容量方面都明显优于等功率分配方法.在给定误码率情况下,该方法能够节省发送功率。