基于莱斯信道的大规模MIMO协作中继网络设计与优化

随着移动通信技术的不断发展,大规模多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)系统被广泛应用于提高网络容量和性能。而协作中继网络作为一种有效提高通信覆盖能力和网络容量的手段,也受到越来越多的关注。文章基于莱斯信道模型,针对大规模MIMO协作中继网络进行设计与优化,旨在提升网络的可靠性和传输效率。通过对信道特性的分析和系统参数的优化,可以实现更好的性能表现。

协作中继网络资源分配控制算法研究

协作中继网络可以以较低成本实现较大范围网络覆盖,因此在提升网络容量方面是一项非常有前景的技术。研究了如何在协作中继网络中通过有效的流量控制和资源分配提高系统吞吐量的问题。在基于协作中继的上行链路通信问题中,如何在移动用户之间合理地分配中继资源是保证用户服务需求以及提高网络性能的关键。利用李雅普诺夫优化理论和虚拟队列技术设计了基于放大转发(AF)中继的功率控制与流量控制相结合的控制算法,实现了最大化系统吞吐量,同时满足每个用户时均的时延限制。理论分析以及实验同时表明了上述算法的最优性和稳定性。

协作中继网络中节点传输时间和位置优化算法

在协作中继网络中提出一种基于(Quality-of-Service,QoS)驱动的协作节点传输时间和协作节点位置优化算法。基于当前用户的QoS时延需求,从理论上可推导出解码转发中继模式下系统容量表达式。以最大化系统容量为目标,可获得最优的协作节点传输时间和最优的协作节点位置。仿真结果表明,该优化算法能够自适应地确定最优节点的位置和传输时间,从而获得最大化系统容量,进一步有效提升整个系统的性能。

具有直接链路的能量收集认知协作中继网络中断概率分析

针对能量受限认知中继网络生存期短和中断概率高的问题,提出一种具有多个主接收端、多个次目的节点、次网络直接链路和次网络节点硬件损伤的功率信标(PB)辅助能量收集认知协作中继网络,推导出在瑞利块衰落信道下采用机会中继选择策略和选择合并方式的次网络精确和渐近中断概率,并对理论分析结果进行蒙特卡洛(Monte Carlo)仿真验证。研究结果表明:主接收端干扰约束或者PB发射功率的提升会使中断概率单调下降并趋于饱和;中断概率随着次网络节点硬件损伤水平、主接收端数目和次网络端到端信道容量的增大而增加,并随着中继和次目的节点数目的增多而减小;恰当设定能量收集比率能有效降低中断概率。

全双工协作中继网络的遍历容量分析

为了对无线网络开展合理设计,就存在直达通信链路的多节点全双工协作中继网络(FD-CRNs)进行了研究。首先,在同时考虑网络内节点的互干扰与全双工(FD)节点进行自干扰消除后的残余自干扰的情况下,基于Nakagami-m衰落就中继节点,分别采用放大转发与解码转发协议的不同场景对遍历容量展开了分析。接着,通过将求解遍历容量转化为求解接收信干噪比的原点矩,求得遍历容量的近似闭合表达式。最后,通过仿真分析了不同中继转发协议、Nakagami-m衰落参数、残余自干扰、互干扰、节点传输功率等不同因素对遍历容量的影响。仿真结果表明,提升节点的发射功率能一定程度提高遍历容量,解码转发协议抗干扰的性能优于放大转发协议。当其他通信参数一定时,中继节点采用解码转发协议时具有更好的容量性能表现。

基于信道特性的中继选择协作通信方法研究

根据信道统计特性,研究了放大转发(amplify-and-forward,AF)协作中继网络中的中继选择协作通信方法.首先分析指出在等功率条件下,当信噪比小于某个门限时,选择单个中继节点进行转发(pre-select single relay AF,SAF)比所有节点都转发(all relays AF,AAF)的中断概率小.基于此信噪比门限提出一种中继选择协作通信方法,并且指出这种选择方法使得SAF的中断概率最小;然后结合功率分配提出了一种使中断概率最小化的最优中继选择协作通信方法;最后为了降低复杂度,提出了一种次优中继选择协作通信方法.仿真结果表明,这种次优方法和最优中继选择协作通信方法相比,性能相近.

中继直达联合影响下多用户AF协作网络的安全通信

针对多用户放大转发(Amplify-and-Forward,AF)协作网络,网络的窃听节点监听到目标传输信号,给系统的信息安全带来严重的隐患.尤其在直达链路存在的情况下,窃听节点可以通过直达与中继链路窃听信息.为了提升网络的安全性能,本文提出了一种最优中继和用户选择标准,选择最佳的中继与用户节点进行通信.为了分析系统的安全性能,本文给出了网络保密中断概率闭式表达式和高主窃比(Main-to-Eavesdropper Ratio,MER)下的渐进表达式.从渐进表达可以看出,系统的分集增益等于目标用户数,而与中继数和窃听用户数无关.仿真结果表明,所给出的闭式表达式与仿真结果相符,验证了研究的精确性.

基于SWIPT的多用户双向中继协作系统资源分配算法研究

在双向中继协作系统中,随着用户数和中继数量增加,节点间的传输干扰成为影响系统性能的不可忽略因素,如何考虑节点间传输干扰并设计合理的资源分配算法是提升性能的关键。对此设计一种实现简单、复杂度相对较低、可扩展性好的避免干扰资源分配算法RABST(Resource Allocation based on SWIPT and TDMA)。考虑了中继节点能量和信息的分配比例、传输功率等资源的分配,以及多用户的链路资源来提高链路的总传输速率和利用率。将RABST建模成优化问题并求解,优化了系统的资源分配并最大化了系统吞吐量。仿真实验证明了RABST可以有效地增大系统吞吐量。

基于协作干扰抑制的信道估计技术研究

针对放大转发(AF)协作中继网络,为了高效获取级联和单跳链路的信道状态信息(CSI),本文设计一种组合训练方案。新方案采用时分(TM)训练和叠加训练(ST)相结合的(TM+ST)方式,在源节点采用TM训练方式完成级联(S-R-D)信道的估计,而在中继节点将训练序列叠加到接收信息序列之上,完成单跳(R-D)信道估计。为消除协作信息对R-D信道估计的干扰,提出了一种基于协作干扰抑制(CIS)的信道估计方法。新方法利用直传(S-D)链路信息来抑制协作中继链路(S-R-D)协作中的协作信息干扰,从而有效提高单跳信道估计性能。本文提出的方案采用两种训练方式将单跳和级联信道估计分离,有效降低训练序列的设计复杂度,仿真结果表明了新方案的有效性。

一种交互式中继选择策略

提出了一种协作中继网络的交互式中继节点选择(IRS)策略。用户首先分布式构造基于信道状况及中继节点负载情况的中继选择函数,选择最优的中继节点;中继节点再根据资源分配情况、业务优先级以及加权信道调度算法进行反向用户选择。仿真结果表明,相比于已研究的算法,所提出的IRS算法结合了信道状况、MAC层资源与用户业务状况等因素,利用用户和中继之间的两步式交互中继选择来调节小区内的用户负载分布,获得了小区吞吐量与用户公平性之间的折衷。

基于正交处理的网络编码方法及其性能分析

为有效传输多用户多中继网络信息,在线性网络编码的基础上给出一种基于正交处理的网络编码方法(NCOP,network coding based on orthogonal process),该编码方式结合正交低频子载波处理思想,将传输数据正交化,利用处理后数据正交性实时传输并解码需要用户数据,进一步降低系统中断概率,提高分集增益。理论分析了该编码方法的系统中断概率和平均误码率,分析和仿真结果表明在多用户协作网络的应用中,NCOP中断性能及误码性能均优于线性网络编码。

最小功耗的中继选择与功率分配的联合优化

研究采用放大转发协议的单向和双向中继网络中的中继选择与功率分配的联合优化策略。该策略以一定服务质量(QoS)要求为约束条件,以最小化中继网络中各节点的总功率为目标,建立优化问题。运用凸优化技术,得到了该优化问题的闭合解。仿真结果表明在满足相同的QoS要求下,该最优联合策略较传统的随机选择与等功率分配策略具有较低的功率消耗。

基于人工蜂群算法的多用户中继选择研究

为提高多用户无线中继协作网络的吞吐量,提出一种考虑共信道干扰(CCI)的基于人工蜂群算法(ABC)的中继选择方案。选择哪些节点协作的最优化问题对中继协作网络性能有重要影响。以往的穷举搜索方式使算法的复杂度随用户对和中继数目的增加呈阶乘增长,用ABC算法解决此中继选择问题时可在最大化系统总吞吐量的同时相比穷举搜索降低运算复杂度。仿真结果表明,不同仿真条件下ABC算法方案的系统性能均明显优于现有方案。