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。

一种前向放大中继通信系统中的有限反馈中继预编码方案

本文首先给出了前向放大中继通信系统中,在给定QoS要求下的最优中继预编码矩阵的设计.进而,针对实际通信系统中反馈信道带宽的限制,给出了一种有限反馈中继预编码码本的设计方案.计算机仿真表明,本文所提新码本有限反馈中继预编码方案的系统性能随着反馈比特数的增加接近完全反馈下的系统性能,且在相同反馈比特数下的系统容量和误码率均明显优于将传统MIMO通信系统中的Grassmannian码本或随机码本直接应用于中继预编码的有限反馈方案.

放大转发中继网络中绿色的物理层安全通信技术

该文基于物理层安全理论,针对能量受限的无线中继网络提出一种绿色的保密通信方案。该方案在节点功率约束和系统最小目标保密速率要求下,通过最优功率控制实现系统的安全能效最大化,并基于分式规划、对偶分解和DC(Difference of Convex functions)规划理论提出了一种迭代的功率分配算法。通过仿真比较,能效优化可以显著提升系统的安全能效,然而相对于保密速率最大化会有一定保密速率损失,这是由于能效和保密之间存在固有的折中。但是,能效优化的保密速率仍然大于发送总功率最小化的保密速率。

同信道干扰条件下的多天线放大转发中继中断概率分析

该文研究了基于波束形成技术的双跳多输入多输出(MIMO)放大转发(AF)中继系统的中断概率,该系统在发射端、中继端和接收端都配置了多根天线。假设每条链路的发射端采用最大比传输(MRT)技术,接收端采用最大合并比(MRC)技术,该文得出了中继端受到同信道干扰时的信干噪比(SINR),推导了基于固定增益中继方案的中断概率(OP)闭合表达式。计算机仿真结果不仅验证了性能分析的有效性,而且还分析了关键参数对系统性能的影响以及配置多天线带来的好处。

多载波码分多址两跳放大转发中继系统的能量效率与频谱效率关系

本文研究了多载波码分多址两跳放大转发中继系统的能量效率与频谱效率关系,利用随机矩阵理论的渐近分析推导了系统分别采用协作式和分布式放大转发中继时,系统能量效率与频谱效率关系的显式表达式。分析了不同系统参数对能量效率的影响。此外,还分析了系统要使频谱效率最优和能量效率最优时使用系统资源的区别。最后,通过仿真验证了理论分析的有效性。结果表明,能量效率与负载因子和中继个数的关系不是单调的,存在一个使能量效率最优的负载因子和中继个数,此外,使能量效率最优的负载因子和中继个数总小于或等于使频谱效率最优的负载因子和中继个数。

时分双工MIMO放大转发中继系统中下行链路的联合鲁棒设计

考虑了时分双工MIMO放大转发中继系统中下行链路基站预编码器、中继预编码器与用户均衡器的联合设计问题。在实际应用中信道估计误差以及信道互易延迟会显著恶化基于理想信道状态信息(CSI)的联合设计性能。从估计误差的分布和互易延迟的时间相关特性出发,建立了综合考虑两方面因素的联合"估计误差-互易延迟"信道模型。基于该模型,针对第一跳传输设计了信道奇异值分解的基站预编码方案,避免了第二跳CSI的反馈开销,然后将给定中继总发送功率约束下最小化用户和均方误差(SMSE)的中继预编码器和用户均衡器进行联合优化,并利用KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件给出了该优化问题的闭合解。数值结果验证了所提方案的鲁棒性和有效性。

一种多用户上行放大转发中继系统中快速收敛的信道估计方法

针对传统交替最小二乘算法存在的收敛缓慢问题,本文在多用户上行放大转发中继系统中基于Levenberg Marquardt(LM)算法,提出了一种能够快速收敛的信道估计方法,实现了用户-中继信道和中继-基站信道的独立估计.在基站,通过对中继多次放大转发的信号进行建模,构造出具有平行因子结构的三维信号张量模型,并采用LM算法对该模型进行拟合,从而得到系统中两跳链路的信道状态信息.理论分析与仿真结果表明,与已有二线性交替最小二乘方法相比,所提方法具有近乎相同的估计精度;当中继放大因子矩阵为随机矩阵或者包含近似共线性相关列时,所提方法具有更快的收敛速度.

放大转发中继系统中基于SCMA的能效资源分配方案

放大转发中继系统中,以提升能效为目标,在保障各用户的最小速率需求下,提出一种子载波顺序配对以及稀疏码分多址(sparse code division multiple access,SCMA)码本功率联合资源分配算法。将能效资源分配建模为一个混合型整数优化问题,并将其拆分为子载波配对和码本及功率分配两个独立的子问题。首先,预设码本和功率分配,基于能效对子载波进行配对。然后,在子载波固定配对的情况下,基于能效码本采用最优信道选择的分配方法,功率问题转化为含有参量的凹函数,构建拉格朗日函数进行迭代求解。最后,码本和功率交替迭代优化直至收敛。仿真表明,所提算法较其他方案可以提升约29%的系统平均能效,同时也保证了每个用户的最小速率需求。

调制速率对放大转发MQAM中继链路能效性能的影响

针对采用放大转发和MQAM调制的源-中继-终端的通信链路,研究了在保证终端解调误码率低于给定值条件下调制速率对能量效率的影响.推导了射频电路消耗的最小功率,在考虑电路消耗功率的情况下得到了能效性能的函数表达式.理论分析表明,能效性能是调制速率的拟凹函数,当调制速率增大时,能效先递增再递减.通过仿真计算验证了理论分析的正确性.

基于2×2放大转发中继的混合RF/FSO系统性能分析

基于放大转发中继方式,研究了2×2中继条件下混合RF/FSO航空通信系统性能。FSO链路服从适于孔径平均条件下的Exponentiated Weibull大气湍流分布模型,RF通信链路为Nakagami-m衰落信道。建立2×2中继混合RF/FSO通信系统模型,利用Meijers’G函数推导求出航空激光通信系统信噪比的概率分布函数及累积分布函数,进一步推导混合通信系统平均误码率和中断概率的闭合表达式。通过仿真分析了不同大气湍流强度、孔径尺寸和调制方式对平均误码率和误码率的影响。仿真结果表明,混合系统中断概率及误码率受湍流强度影响较大,孔径平均效应可有效改善混合RF/FSO传输系统的性能;固定增益中继方式下,混合RF/FSO系统性能主要由RF链路决定;在固定增益中继混合RF/FSO系统中起主要作用;可变增益中继混合RF/FSO系统中,具有较小信噪比的链路在对系统性能的影响起主要作用。

放大转发双向中继网络的总速率最大化

在一个双向中继网络中,2个终端在中继节点的帮助下,通过一个共享的半双工无线信道进行信息交换,它能够增大系统单位时间的吞吐量,放大转发的双向中继网络就是其中的一种形式,该模型因为它的简单易用而受到关注,并在无线网络通信中得到了广泛的运用。本文研究如何在达到最大速率传输的同时,系统的传输可靠性相对达到最大。

基于深度学习的两跳放大转发中继网络多中继选择策略

以接收端的平均接收信噪比(SNR)最大化为目标,两跳放大转发中继网络多中继选择策略问题被规划为0-1非线性整数规划问题,其最优解只可以利用穷举法得到.提出基于深度学习多中继选择策略,降低时间复杂度.仿真结果表明:与穷举法相比,该方法能够达到几乎相同的平均接收SNR,且其时间复杂度明显低于穷举法.

前向放大中继MIMO系统的Grassmannian波束成型

文章给出了多输入多输出前向中继信道的最佳发送、接收波束,以及中继权重矩阵。在考虑直达径的情况下,分别给出了非量化方案、量化方案以及改进的量化方案,这种方案只需要相当少的反馈比特数,但是系统性能的下降完全可以忽略不计,最后,我们对量化和改进的量化方案进行了合理的改进。

NOMA全双工多放大转发中继系统性能分析

该文提出了一种新颖的基于全双工放大转发(Full-Duplex and Amplify-and-Forward,FD-AF)的多中继非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)系统架构,并分析了用户中断概率的闭式表达式的近似表达式.其理论和仿真结果表明,当采用部分中继选择策略(Partial Relay Selection,PRS)且中继工作在全双工模式时,用户中断性能在相同的目标速率下较半双工有显著提升且候选中继数目对用户中断性能具有不同的影响.

非接触式中继装置用于长电缆局部放电定位研究

时域反射法(time domain reflectometry,TDR)被广泛应用于电力电缆局部放电(partial discharge,PD)定位,而长电缆中局部放电存在严重的衰减,难以有效识别反射波到来时刻,导致定位精度较低。为此,分析了高频局放信号的传播特征,提出了一种局部放电信号中继放大的思想。基于电缆的传递函数设计了符合注入脉冲有效频带的高频电流传感器(high frequency current transformer,HFCT),并研制了一种非接触式行波放大装置,进而利用标准校准脉冲模拟单次局部放电信号在电缆的中继放大效果,最后通过实测局部放电信号的验证了方法的可行性。实验结果表明:信号中继放大装置能够有效增加电缆中反射信号的幅值,延长局部放电在电缆中的传输距离,并有望发展成为一种能够实现超长电缆中局部放电精确定位的新方法。

AF中继辅助TWR-FSO通信系统的性能分析

针对大气湍流和指向误差对自由空间光通信性能的影响会随着通信距离的增大而愈发严重,基于放大转发中继(AF),提出了一种双向中继-自由空间光通信(TWR-FSO)系统方案。该系统采用差分二进制相移键控调制,建立了一个包含大气湍流和指向误差的复合衰落信道模型,其信道衰落满足Gamma-Gamma分布。利用Meijer’s G函数推导得到TWR-FSO系统中断概率和平均误码率的闭合表达式。在不同湍流强度和阈值门限条件下,对比分析了中断概率和平均误码率性能。仿真结果表明,在受到相同指向误差的条件下,当SNR=25 dB时,AF中继相较于DF中继系统的中断概率从10^(-1)量级下降到10^(-4)量级左右。当折射率结构常数为4.0×10^(-15)m^(-2/3),SNR=40 dB时,系统的误码率可以达到10^(-8)量级以下。说明AF中继下TWR-FSO系统能有效降低大气湍流和指向误差对通信系统的影响。

混合衰落信道下存在反馈时延的多天线中继性能分析

研究了混合Rayleigh-Rician衰落信道下,存在反馈时延的多天线双跳放大转发(AF)中继系统的性能.首先,基于反馈时延波束成形(BF)模型得到混合衰落信道下中继系统的输出等效信噪比(SNR).然后,利用无穷级数展开推导出输出信噪比中断概率(OP)和概率密度函数(PDF)的解析表达式,并进一步得到中继系统遍历容量和平均误符号率(ASER)的理论计算公式.最后,计算机仿真验证了所提出的性能分析方法的正确性,并定量分析了天线数量、反馈时延和信道参数对系统性能的影响.

Nakagami-m衰落信道下固定增益中继系统性能分析

在Nakagami-m衰落信道下,分析了两跳固定增益放大转发中继通信系统的性能.首先采用基于概率密度函数(PDF)的性能分析法推导了无协作分集时系统的中断概率和平均误符号率(ASER)的闭合表达式,然后采用基于矩生成函数(MGF)的方法推导了有协作分集时系统的中断概率和ASER表达式以及接收信噪比的n阶矩的闭合表达式.仿真结果显示,所推导的闭合表达式与数值仿真结果吻合良好,协作分集和较大的m值可提升系统性能,中继前后两跳的信道质量对系统性能的影响并不相同.

无线携能保密网络下的中继协作波束形成算法

本文研究了无线携能通信网络中的多窃听者场景下,基于无线能量收集放大转发中继的协作机密信息安全传输问题.提出了两种低复杂度的零空间波束形成方案.分别利用接收者或窃听者方位先验信息,将待优化的目标矢量投射到接收者或窃听者信道的零空间.与原协作波束形成方法相比,由于降低了待优化目标矢量的空间自由度,本文方法运算复杂度较低.特别的,由于第二种方法目标函数中将窃听者的交互信息迫零,将原始拟凸优化问题转化为凸问题求解,进一步降低了运算量.实验研究验证了本文方法的合理性.

AF中继下行链路系统的能效资源分配方案

为最大化放大转发中继系统的下行链路总能效,结合系统的电路功率,提出了一种基于能效的中继选择和功率分配联合方案。为降低复杂度,采用分步式次优化方案,利用虚拟直传信道增益得到中继选择方法,并将中继系统转换为单跳系统;然后利用凸规划得到最优功率分配。此外,为适应不同的用户分布,提出联合小区呼吸机制的分配方案。仿真结果表明,所提次优联合方案逼近最优值,联合小区呼吸的方案可适应不同的用户分布并进一步提升能效。