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。

一种基于放大转发的中继选择策略

针对传统多中继放大转发协作通信网络中所有潜在中继均参与协作,导致系统的低资源利用率问题,提出了一种中继节点选择策略.该策略以最小化系统中断概率为目标,引入了中继节点的选择门限,并据此逐一令低于门限的中继节点不参与协作,将其资源重新分配给其他节点,从而提高系统资源利用率.所提策略运算开销小,且选择门限只与中继节点数、平均信道增益以及当前系统信噪比有关,可在传输开始前事先确定而无需实时更新,从而节省了系统开销.仿真实验表明,与所有潜在中继都参与协作的方法相比,所提策略在中断概率为10^-2～10^-3时可获得约3～4 dB的信噪比增益.

不对称放大转发双向中继功率分配及中继位置选择

该文研究基于放大转发中继的不对称双向中继系统容量问题。首先,在瑞利衰落信道环境下,从双向通信的角度,通过理论分析得出其中断概率精确表达式和渐进表达式。理论分析发现节点发射功率和源节点目标速率共同决定系统中断概率,并且在大多数业务下系统中断性能仅取决于单向链路,而与另一链路无关。基于此,以优化系统中断性能为目标,提出一种基于业务知识的节点功率分配算法和中继位置选择算法。数值仿真实验结果表明,通过功率分配和中继位置选择可以显著提高不对称放大转发双向中继系统的中断性能。

无线并行放大转发中继传输中基于信噪比的功率分配研究

在无线通信网中,高效的功率分配可显著降低资源消耗、获得更好的服务质量、并减少网络内干扰.本文以无线并行中继协作通信系统为背景,在目的节点目标信噪比的约束条件下,对如何最小化中继链路中各通信节点的发射功率进行了研究.文章首先建立了无线中继协作通信系统模型,推导出了无线中继协作通信系统中信噪比的表达式.接着,文章将功率分配问题建模为一个组合优化问题.运用凸优化理论,文章进一步提出一种计算时间复杂度较低的次最优功率分配算法.仿真结果表明,本文提出的算法计算复杂度低而且性能稳定,能够很好地解决无线中继通信系统中的功率分配问题.

基于压缩感知的放大转发双向中继信道估计

为了更有效地对放大转发双向中继信道进行估计,对级联卷积信道的稀疏特性进行了分析,并基于其稀疏性,采用压缩感知技术,通过合理地设计导频将合成级联卷积信道分解成2个独立的级联卷积信道分别进行信道估计。研究分析和仿真结果表明,级联卷积信道具有稀疏性且其稀疏度在一定范围内变化。所提的方案只需在端节点对级联卷积信道进行估计就可以完成双向信息的交换,提高了频谱效率,降低了信道估计误差,并且无需信道稀疏度的先验信息。

放大转发认知中继协作系统中继增益分配方案和性能分析

由于在传统的放大转发认知中继协作方案中,中继增益因子的分配只考虑了部分主、从系统参数,使得系统的能量效率较低、系统资源未被充分利用。为此,基于主系统传输速率约束和从系统终端接收信号平均误符号率最小准则,文章提出了一个新颖的中继增益最优化分配方案,获得了中继增益最优化精确解以及相应的上、下限封闭解析解;并基于获得的最优化中继增益,分析了系统的平均误符号率。结果表明,文章所获得的中继增益因子分配方案由于不仅考虑了从信源功率和从信源-中继链路增益,而且还综合考虑了中继-从信宿链路和主系统参数,可以实现系统资源的最优化配置,系统性能得到改善。

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。

放大转发MIMO中继系统中的快速天线选择算法

本文研究放大转发MIMO中继系统的天线选择,目标是最大化系统容量.针对最优天线选择算法的高复杂度,本文提出了低复杂度且性能逼近最优的快速天线选择算法.首先对MIMO中继系统容量进行了分析和仿真,结果表明:若源的天线数为M、目标的天线数为N,中继从K根天线中选择min(M,N)根就可保证系统达到近似最优的性能.在此基础上,本文以优化容量下界为目标,利用分块矩阵的性质,推导出快速天线选择算法,并分析了算法的复杂度.研究结果表明本文提出的快速天线选择算法的性能与最优算法非常接近,并且有更低的复杂度.

基于MSMSE的MIMO放大转发双向中继信道中波束成形设计

本文主要研究了基于最小化均方误差和准则的MIMO放大转发双向中继信道中的波束成形向量(矩阵)的设计。我们分别在集中式与分布式两种应用环境中提出了一套解决方案。在集中式方案中,多个中继之间完全协作,因此将多个单天线中继等效成一个多天线的中继节点,设计了基于所有中继天线的总功率控制的波束成形向量(矩阵)。在分布式方案中,中继节点之间无协作,分别设计了基于所有中继总功率控制波束成形向量(矩阵)和基于单个中继功率控制的波束成形向量(矩阵)。仿真表明,通过波束成形设计,可以显著提高通信节点平均误码率。由于中继节点之间的完全协作,集中式方案要优于分布式方案。但是,由于中继结构简单,分布式方案更易于在实践中应用。

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。

放大-转发OFDMA中继系统多业务资源分配方案

针对独立功率限制、放大-转发OFDMA中继系统的多业务资源分配问题,提出一种在满足实时用户要求前提下,非实时用户数据速率最大化的资源分配方案.根据业务的不同将问题分解为实时和非实时用户的资源分配两个子问题.对于实时用户的资源分配,利用Lagrange方法计算.对于非实时用户的资源分配,每个子载波分配给信道条件最好的用广,针对功率分配提出两步功率分配方法.首先按照总功率约束进行初始功率分配,然后对各子载波的功率进行调整以满足独立功率约束.对于子载波分配提出一种低复杂度的子载波集合分配算法.仿真结果表明,该方案在满足多业务用户要求的同时使系统性能得到优化,且计算复杂度低.

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。

天线选择MIMO放大转发中继系统的中断概率分析

结合天线选择与波束形成,分析了双跳放大转发MIMO中继系统在Rayleigh衰落信道中的中断概率.在源节点任意数目发射天线、目的节点任意数目接收天线的情形下,通过使用互补累计分布函数和贝塞尔函数,得到端到端中断概率的封闭表达式.采用Maclaurin级数展开的方法,获得一个很紧的中断概率渐进近似,从中可以得到系统分集阶数.理论结果表明,天线数目较少的链路决定了系统的分集增益.给出Monte Carlo仿真结果,与文中给出的解析结果完全吻合.

基于混合译码放大转发的最优中继选择方案

为在较低误码率的基础上延长网络寿命,提出基于混合译码放大转发(AF)中继策略的最优中继选择方案。通过构造基于目的节点接收信噪比和网络寿命中继选择的联合优化函数,实现最优中继的选择。设定中继节点的接收信噪比门限,根据信噪比门限值,将所有的中继节点分为AF和译码转发2种中继策略转发类型,分别计算2种类型的中继节点在目的节点的接收信噪比,根据中继选择的联合优化函数合理选择最优中继。仿真结果表明,在相同条件下,与基于AF的中继选择方案相比,该方案不仅在误码率性能方面有明显改善,而且可以延长网络寿命,提升系统性能。

Nakagami-m信道下放大转发增量中继性能分析

针对放大转发(AF)协同分集网络在独立同分布(i.i.d.)平坦Nakagami-m衰落信道上的增量中继进行了端到端性能分析,给出了误码率(BER)的最小下界解析解以及信噪比(SNR)的中断概率。数值模拟显示分析结果与仿真结果完全匹配,同时,还针对不同信噪比检测门限条件下的系统误码率和中断概率的性能进行了评估和比较。

瑞利信道下基于增量中继的放大转发机会选择性能分析

为一步提高协同通信的平均频谱效率性能,采用增量中继的方法对放大转发机会选择中继节点选择策略进行了改进,并针对Rayleigh衰落信道,推导了当目的节点分别采用最大比值和选择合并方式时,基于增量中继的放大转发机会选择策略的中断概率和平均频谱效率的性能下界。采用MATLAB软件对系统性能进行了计算机仿真,仿真结果验证了理论分析的准确性。结果表明,当目的端节点采用最大比值合并和选择性合并方式时,采用增量中继可较大提高机会选择中继节点选择策略的平均频谱效率性能。

放大转发中的最优功率分配与最佳中继选择

用最优功率分配与最佳中继选择相结合的方法实现了放大转发系统的误比特率最小化。为了使单中继非协作放大转发系统的误比特率最小,通过分析媒体接入控制(MAC)层的请求发送/允许发送(RTS/CTS)信息,获得候选中继前向信道和后向信道的增益,以信道增益为变量,得到最佳功率分配的闭合表达式。同时,以误比特率作为中继选择准则,实现分布式最佳中继选择。仿真结果表明,与同类算法相比,该功率分配与中继选择策略使系统的误比特率达到最小。

放大转发协作下多S-R-D节点网络中继选择策略

在多个信源、中继及目的端的环境中,研究了放大转发协作系统的中继选择策略与传输机制.为了求得最优解,在最优中继节点选择策略中使用了穷举算法,此方法计算复杂度会随着中继节点数目增加而大幅上升.在此基础上,提出了改进的中继节点选择策略,该策略先使系统的平均误码率最小,之后再使目的端中断容量最大化.仿真及分析结果表明,该策略除了能达到与最优算法类似的吞吐量之外,复杂度也大大降低.

放大转发协作通信中继位置对SER性能的影响

针对放大转发协作网络多跳中继节点位置对系统性能的影响,分析了端到端链路的误码率.根据误码率并通过设定不同节点间距离来确定最优中继位置.针对多跳中继网络,提出了基于信道状态信息的节点选择算法,在不同的选取准则下以最小值最大化为目标.为了考虑中继位置,进而提出基于节点位置信息的中继节点选择算法,确保选择一个最低误码率的节点为协作节点.仿真结果表明,多跳中继最优位置处于源节点和目的节点的中点处.与已有放大转发模式下的单跳中继相比,多跳中继在系统具有较低的总传输功率时具有更好的性能.