SER PERFORMANCE ANALYSIS OF DECODE-AND-FORWARD COOPERATIVE SCHEME IN SATELLITE MOBILE CHANNEL

In this paper,Symbol-Error-Rate(SER) performance analysis is provided for a Decode-and-Forward(DF) cooperative scheme in satellite mobile channel environment.We present a satellite mobile cooperative communication system model and derive two generalized error probability ex-pressions with Cyclical Redundancy Check(CRC) or not.We also derive and simulate SER of the proposed system over different satellite mobile channels.The results show that the analytical results are in great accordance with the ones obtained by simulation.Also,it was shown that,whether or not adopt CRC depends on the channel link quality between the source node and the relay node.

Polar Codes for Soft Decode-and-Forward in HalfDuplex Relay Channels

Soft decode-and-forward(DF) can combine the advantages of both amplify-and-forward and hard DF in relay channels. In this paper, we propose a low-complexity soft DF scheme based on polar codes, which features two key techniques: a low-complexity cyclic redundancy check(CRC) aided list successive cancellation(CALSC) decoder and a soft information calculation method. At the relay node, a low-complexity CALSC decoder is designed to reduce the computational complexity by adjusting the list size according to the reliabilities of decoded bits. Based on the path probability metric of the CALSC decoder, we propose a method to compute the soft information of the decoded bits in CALSC. Simulation results show that our proposed scheme outperforms the soft DF based on low-density parity-check codes and the soft DF with belief propagation or soft cancellation decoder, especially in the case when the source-relay channel is at the high signal-to-ratio region.

Modified Cooperative Subchannel Allocation Algorithms and PSO Based Power Allocation for an Alamouti Decode and Forward Relaying Protocol in Multiuser OFDMA Systems

The present work is a discussion on the performance analysis of Modified Cooperative Subchannel Allocation (CSA) Algorithms which is used in Alamouti Decoded and Forward (Alamouti DF) Relaying Protocol for wireless multi-user Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access (OFDMA) systems. In addition, the performance of approximate Symbol Error Rate (SER) for the Alamouti DF Relaying Protocol with the Cooperative Maximum Ratio Combining Technique (C-MRC) is analyzed and compared with SER upper bound. The approximate SER is asymptotically tight bound at higher Signal-to-Noise Ratio (SNR). From the asymptotic tight bound approximate SER, Particle Swarm Optimization (PSO) based Power Allocation (PA) is determined for the Alamouti DF Relaying Protocol. The simulation results suggested that the Modified Throughput based Subchannel Allocation Algorithm achieved an improved throughput of 6% to 33% compared to that of existing cooperative diversity protocol. Further, the Modified Fairness based Subchannel Allocation Algorithm rendered fairness of 7.2% to 17% among the multiuser against the existing cooperative diversity protocol.

Achievability of Chong-Motani-Garg relay channel capacity bounds using forward decoding

To reduce decoding delay of a communication scheme which is backward-decoding-based and achievable Chong Motani-Garg capacity bounds, a novel forward-sliding-window decoding-based communication scheme is proposed. In this scheme, if w = （w1, w2） is the message to be sent in block b, the relay will decode message w1 and generate a new message z at the end of block b, and the receiver will decode message w1 at the end of block b ＋ 1 and decode message z and w2 at the end of block b ＋ 2. Analysis results show that this new communication scheme can achieve the same Chong-Motani-Garg bounds and the decoding delay is only two blocks which is much shorter than that of backward decoding. Therefore, Chong-Motani-Garg bounds can be achieved by a forward decoding-based communication scheme with short decoding delay.

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。

Rate Adaptation for Decoding-and-Forward Relay Channel by Random Projections Codes

This paper investigates rate adaptation schemes for decoding-and-forward (DF) relay system based on random projections codes (RPC). We consider a classic three node relay system model, where relay node performs on half-duplex mode. Then, we give out receiving diversity relay scheme and coding diversity relay scheme, and present their jointly decoding methods. Furthermore, we discuss the performance of the two schemes with different power allocation coefficients. Simulations show that our relay schemes can achieve different gain with the help of relay node. And, we should allocate power to source node to just guarantee relay node can decode successfully, and allocate remain power to relay node as far as possible. In this way, this DF relay system not only achieves diversity gain, but also achieves higher and smooth spectrum efficiency.

密集城市群中基于智能反射面的传输方案

由于低频段资源紧缺,未来移动通信网络将逐渐转移至更高频段,电磁波的自由空间传播损耗、绕射损耗以及穿透损耗较大,容易产生覆盖盲区以及弱覆盖区域。智能反射面(RIS)通过重新配置信号的传播环境以提高网络性能并扩大网络覆盖范围,成为解决密集城市群覆盖问题的新热点。基于有RIS参与的下一代移动通信网络密集城市群布网时的多跳通信模式,对多跳RIS传输方案与提出的一种解码转发(DF)中继辅助多跳RIS传输方案(DF-RIS)进行全面比对。首先,对两种传输方案的传输损耗、能效以及系统容量进行了理论推导及分析。其次,在密集城市群三维环境模型中进行仿真,为改善复杂环境搜索效率降低以及计算量增大的问题提出了一种改进Lazy Theta*算法,并对改进算法与常见路径搜索算法的搜索时间以及搜索路径长度进行仿真对比。使用改进算法选取相同仿真环境下两种传输方案分别所需节点,节点选取中考虑了DF中继位于多跳DF-RIS传输方案中的不同位置。最后在确定节点后对两种传输方案的传输损耗、能效以及系统容量进行仿真分析比较。仿真结果不但验证了改进Lazy Theta*算法的有效性,也说明了RIS反射元件数与两种传输方案性能之间的关系。表明两种传输方案各有其适用性,可根据对性能的实际需求选择合适的传输方案。

基于OFDM的DF中继链路能效最优资源分配策略

针对DF模式的OFDM中继链路,将能效最大化资源分配问题转化为在用户最小速率需求和系统总发射功率受约束条的件下,子载波配对和功率分配的联合优化问题,提出一种低复杂度联合最优资源分配策略,并证明速率和功率约束条件下中继链路全局能效最优解的唯一性.仿真结果表明,与固定子载波配对策略相比,当中继节点位于源和目的节点连线中点位置,Rmin=1.5 Mbit/s时,排序子载波配对策略的链路可达速率和系统能效分别提高了2.3%和3.1%;与传统的等功率分配、速率最大化和功率最小化注水算法相比,本文方案能够在保证用户最小速率需求和系统功率约束的同时,自适应分配资源以实现系统能效最优.

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.仿真结果表明,在相同条件下,该功率分配方案比平均功率分配(EPA)方案性能更优.

DF协作中继网络基于买者/卖者博弈的中继选择和功率分配策略

该文针对采用解码-转发(DF)协议的协作中继网络,提出了一种基于买者-卖者博弈的中继选择和功率分配策略,通过将用户建模为买者,可以以最大效用为标准选择最优中继和确定最佳的购买功率;将中继建模为卖者,可通过先市场后利润的功率价格调整策略获得最大的利润。分析了两者博弈达到平衡的条件并进行了仿真,结果验证了纳什均衡点的存在并表明,该策略计算量少,收敛速度快,实用性强,在兼顾用户和中继节点的利益的同时可以有效提高用户的传输速率,扩大基站的覆盖范围,提高功率利用效率。

基于定向天线的DF协作通信系统SER性能分析

针对使用定向天线的协作通信系统,对固定译码转发协议(decode-and-forward protocol,DF)的误符号率(symbol error rate,SER)性能进行探索性研究。首先建立了基于定向天线的DF协作通信系统模型,从理论上推导出该模型下的SER闭式表达式,确定SER上界,并以SER为优化目标分析最优功率分配问题,最后结合具体的数值仿真对所建立模型的SER性能进行详细分析比较。结果表明,在使用定向天线的条件下,DF协作通信系统的SER更小,系统性能优劣与各节点定向增益、信道质量和功率分配方式密切相关,最优功率分配比平均功率分配性能更优。

协同分集下AF与DF比较

在慢衰落信道中,协同分集是一种新的空间分集方式,其本质是利用分布用户的单天线形成一个虚拟的多天线系统,即形成虚拟MIMO。在其协同方式中,有AF模式和DF模式(编码协同是DF模式的一种特殊情况)。该文针对AF与DF两种基本协同方式进行了详细的比较,并在对称信道和非对称信道下进行了系统的仿真。理论分析和仿真结果表明:在相同的条件下,AF模式相对于DF模式有较大的优势是因为AF模式较DF模式有较大的阵列增益,虽然两者有相同的分集增益,但DF有更大的灵活性。

基于DF的协作节点选择及功率分配策略研究

对于无线通信系统来说,特别是单天线节点无线通信系统,采用协作通信技术可以有效地提高系统性能。其中,协作节点选择及协作策略是协作通信需要考虑的两个基本问题。以容量最大化为目标,基于DF中继模式,本文研究了协作节点选择及功率分配策略问题,结果表明,当协作节点满足一定条件时并采用合理的功率分配策略可有效提高系统容量。

基于定向天线的多中继DF协作通信系统性能分析

为提高多中继协作通信系统可靠性,将定向天线和多中继协作通信系统相结合,提出基于定向天线的解码转发最佳中继选择协作策略。首先理论推导出定向发送—定向接收模式下通信系统中断概率闭合表达式,并推导出定向发送—全向接收、全向发送—全向接收模式下的系统中断概率计算式。然后对3种模式下,协作通信系统中断概率和信噪比、中继节点数、天线增益、信道衰落系数以及信道容量之间的关系进行了数值仿真分析。理论分析和仿真结果表明,采用定向天线的协作通信系统可以有效降低协作通信系统中断概率,提高频谱利用率,并且存在最佳中继节点和最优功率分配系数使得中断概率进一步下降。

半双工译码转发中继信道下的空间耦合RA码设计

针对半双工译码转发中继信道,提出了一种可逼近三节点中继信道容量限的空间耦合RA码的设计方法。针对二进制删除信道,源节点分别向中继节点和目的节点发送空间耦合RA码,中继节点先正确恢复出源节点发送的空间耦合RA,然后再次编码产生额外的校验比特并转发给目的节点;目的节点结合中继节点发送的额外校验比特和源节点发送的空间耦合RA码进行译码,正确恢复出源节点的信息。为了评估所设计的空间耦合RA码在三节点中继信道下的渐近性能,推导了密度进化算法用于计算阈值。阈值分析结果表明,所提出的空间耦合RA码能够同时逼近源到中继链路和源到目的链路的容量限。同时,基于半双工二进制删除中继信道,仿真了所设计的空间耦合RA码的误码性能,结果表明,其误码性能与所推导的密度进化算法计算的阈值结果一致,呈现出逼近于容量限的优异性能,且优于采用空间耦合低密度奇偶校验(Low Density Parity Check,LDPC)码的性能。

基于OFDM的DF多跳通信系统的功率分配

研究了DF多跳OFDM通信系统的功率分配优化。在总发射功率受限的条件下,提出了一种双向优化功率分配算法(D-OPA):先优化单个子载波上各中继节点的功率分配,使该子载波上的信道容量最大;再优化各个子载波间的功率分配,使单跳的信道容量最大,从而最大化系统的信道容量。仿真结果表明:提出的算法与自适应功率分配算法、平均功率分配算法相比,信道容量明显提高。

基于极化分集的DF机会中继协作通信系统性能分析

提出对机会中继协作通信系统节点配置极化天线,实现节点到节点无线信号的极化分集,达到通过改善通信链路质量来提升DF机会中继协作通信系统整体性能的目的。由于电磁波信号在传播过程中经过地表及障碍物多次反射、折射、散射以及极化偏转,协作节点和目的节点配置的极化天线接收到的两路极化分集信号具有一定相关性和功率不平衡特性。研究了极化分集信号存在相关性和功率不平衡特性对机会中继协作通信系统性能的影响。结果表明,即使两路极化分集信号具有一定的相关性和功率不平衡特性,DF机会中继协作系统在相同信噪比和相同的信道衰落环境下,性能指标也优于未采用极化分集技术的DF机会中继协作通信系统。

不完美CSI下全双工多用户多天线中继网络的能效谱效均衡

在信道状态信息存在误差及用户间存在相互干扰的条件下,为优化解码转发全双工多用户多天线中继网络的能量效率和频谱效率性能,提出一种能效与谱效均衡优化方案,通过寻求能效和谱效之间的平衡点,实现能效和谱效的最优化。首先,对信道进行估计,求出最小均方误差下信道估计和下行速率的表达式;其次,在最大总发射功率的约束下,引入帕累托最优集,建立多目标优化问题,使相互矛盾的能效和谱效同时最大化;再次,利用加权和的方法,将多目标能效和谱效优化问题简化为单目标能效与谱效优化问题,通过增加干扰约束将单目标优化问题转化为凸优化问题,并采用拉格朗日乘子法求得最优发射功率;最后,通过仿真结果证明,设置不同的均衡因子能够实现能效和谱效的均衡。

时变信道下ADF协作车载通信误码率分析

智能车载协作系统中车辆快速移动使得无线通信信道具有时变特性,为有效评估系统的误码性能,给出了符合车载时变信道的一阶自回归(AR1)模型,提出了一种基于AR1模型的自适应解码转发(ADF)协作误码率分析方法。该方法通过AR1模型的多普勒频偏相关系数来刻画时变信道特性,根据中继译码结果自适应选择是否协作转发,提升了智能交通系统的可靠性。此外,利用矩生成函数(MGF)推导出ADF协作下多进制正交幅度调制(M-QAM)信号误码率封闭表达式,并分析了车载移动速度和信道状态信息(CSI)估计精度对误码性能的影响。数值仿真结果表明,车载系统能通过增加CSI估计精度,有效地减少车载快速移动引起的误码平顶值。该方法相对于放大转发(AF)协作通信方式,平均误码性能提高约8.7 d B。

非理想Nakagami-m信道下DF协作系统的最优功率分配

针对Nakagami-m衰落信道下的多中继DF协作系统,研究信道估计误差存在时功率分配对系统性能的影响.首先基于全概率公式和矩母函数(MGF)方法,给出M-QAM调制下的近似误符号率(SER)和渐进SER解析式;其次,基于简洁的渐进解析式,将功率分配问题转换为典型的凸优化求解问题.得出了在总功率一定的条件下,最小化系统SER的最优功率分配的理论计算公式.计算机仿真结果表明:信道估计误差存在时,相比较等功率分配策略,最优功率分配能显著提高中低信噪比下的协作系统性能,但不能改善高信噪比下系统的错误平层.