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。

Nakagami-m信道环境下基于增量中继的译码转发机会选择策略

研究了基于增量中继机会选择策略在Nakagami-m信道下的中断概率和吞吐量性能。在目的端采用选择性合并方式的条件下,理论分析得出了该策略在进行译码转发时的中断概率与吞吐量的闭合表达式,仿真结果与该理论值相一致。仿真结果还表明,基于增量中继的DF机会选择策略的吞吐量性能与传统机会选择策略的吞吐量性能相比有了较大的提升。

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。

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。

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。

概率译码转发中继系统中的安全极化编码方法

该文针对中继节点依概率辅助译码转发的通信场景,提出一种中继辅助的安全极化编码方法,保证私密信息可靠传输的同时,达到提高安全传输速率的目的。首先,发送端分别进行两层极化编码——中继概率转发行为构成的虚拟二进制删除信道下的极化编码和实际传输信道下的极化编码,并将私密信息分别隐藏在两层码字中,分时隙广播出去。然后,中继依概率译码后提取出合法用户无法直接接收的固定信息再次进行安全极化编码并转发。最后,接收端利用收到的中继转发码字和发端码字依次分层进行译码。理论和仿真分析证明,所提方法下合法用户能够可靠接收私密信息,而窃听者无法获取任何私密信息信息量;安全传输速率随着码长和中继转发概率的增加而增大,且高于一般的安全极化编码方法。

译码转发中继网络的能量效率分析

随着人们资源节约与环保意识增加,如何获得较高的能量效率成为了绿色通信中一个重要而又棘手的问题。因此,本文研究了译码转发协议下的直接传输、单向中继、双向中继三种传输方式的能量效率。首先在瑞利信道环境下推导了能量效率的闭合表达式,然后通过凸优化算法使得能量效率达到最大。最后,还分析了信道衰落情况、发射的比特数、中继位置和系统电路功率对系统能量效率的影响。仿真结果表明,电路功率对系统的能量效率影响较大;双向中继在发送比特数对等、源节点至中继的距离相同时,其能量效率才达到最优;而当源节点至中继的距离差异较大时,单向中继的能量效率比双向中继性能更好;信道衰落较大时,双向中继比单向中继和直传更有优势。

基于能量采集的译码转发中继系统功率分配算法

本文针对基于能量采集的译码转发(DF)中继蜂窝异构网络,提出了一种系统容量最大化的功率分配算法。中继和用户节点均采集由基站发送的射频信号的能量;利用采集到的能量,通过时分多址方式,用户节点经中继将信息发送给基站。在满足中继和用户节点采集能量的因果性限制及总功率受限条件下,构建了系统容量的优化模型。利用拉格朗日乘子法和KKT(Karush-Kuhn-Tucker)最优条件,为使系统容量最大化,对中继和用户功率进行分配;通过等效信道增益,将中继功率和用户功率联合优化问题简化为用户功率优化问题,然后通过次梯度算法获得功率最优解。仿真结果表明,与受限于中继和用户采集能量因果性的用户平均功率算法相比较,本文算法可以提高系统平均容量。

基于最佳中继选择的认知译码转发系统性能分析

在频谱共享环境下,基于译码转发协议和最佳中继选择方案提出一个含有直射信道的两跳中继选择通信系统,并对该系统进行性能分析。系统利用半双工的通信模式,信源及各个中继节点均通过单个天线接收信号,同时在信宿处采用选择性合并技术接收中继链路和直射链路信号。在独立非同一分布的瑞利信道环境下推导中断概率的准确闭合表达式以及高信噪比时的渐进闭合表达式,并利用蒙特卡罗仿真实验对理论分析结果的正确性进行验证。仿真结果表明,得到的表达式可以准确估计通信系统中关键参数对系统端到端性能的影响,高信噪比时更能体现该分析方法的正确性和有效性。

多中继选择极化译码转发及优化功率分配

为了解决多卫星协作空间通信网络的高误码、低信息传输成功率等问题,提出了多中继节点选择极化译码转发及其优化功率分配方案.它主要采用了信道统计特性的多中继选择译码转发、最优中继节点选择及相应的优化功率分配方案.最优中继节点选择及功率分配方案在协作阈值设置较低情况下,其中断性能和复杂度优于多中继选择译码转发方案.仿真表明:当误码率为10;时,采用所提极化码-最优中继方案,相对于现有极化码协作方案及低密度奇偶校验(Low Density Parity Check,LDPC)码协作方案,分别提高了约0.6 dB和0.8 dB性能增益.故该方案可有效用于卫星协作的星地融合无线传输通信网络.

过时信道状态下译码转发中继选择的优化

针对实际通信系统中反馈延迟这一非理想因素,进行了译码转发方式下的中继选择优化研究。针对机会中继选择(ORS)通过选择合适的协作节点参与协作来减少系统功耗和降低成本,但反馈延迟会影响最佳协作中继的选择从而导致协作通信系统性能变差的情况,提出了一种在过时信道下优化机会中继选择方法,以选出最佳中继节点参与协作过程。仿真结果表明,优化机会中继选择降低了译码转发方式下协作通信系统的平均误码率,改善了系统的信道容量,提高整个通信系统性能。

译码转发协作中继信道低复杂度极化乘积编码研究

为了解决译码转发(DF)协作中继信道编译码复杂度较高的问题,针对DF协作时分半双工中继信道,基于极化编码设计思想进行了研究。建立了DF协作中继信道模型,分析了DF协作中继信道的可达速率,根据可达速率设计了一种具有相同时隙分配的极化乘积编码方案。该方案使中继节点在可靠译出来自信源节点的数据后重新编码,并发送边信息来帮助信宿节点准确地估计来自信源节点的数据。仿真结果表明,此极化乘积编码方案具有较低的编译码复杂度,而且在低信噪比条件下,与直传链路相比可以获得较为理想的比特错误率(BER)性能。

译码转发中继系统基于校验分裂的IRA码设计

在译码转发中继系统中,非规则重复累积(IRA)码的设计本质是设计码率兼容IRA码。由于通过校验分裂得到的码字的不同部分经历不同的信噪比,因此给出了基于校验分裂的修正的高斯近似的密度进化算法来分析IRA码的门限并且用差分进化算法对其优化。实验仿真证明与传统的密度进化算法得到的IRA码相比,当误帧率是10?3时,优化得到的码字大约有0.5dB的增益。

基于译码转发的全双工多用户对双向中继MIMO系统波束成形算法

全双工系统相比半双工系统对通信容量有很大的提升,但中继处的自干扰问题严重影响全双工系统的性能,而且多个用户间存在的信号泄漏也对系统性能造成影响。文中针对基于译码转发(Decode-and-forward,DF)的全双工多用户对双向中继系统,将用于消除中继自干扰的零空间投影算法(Null-space projection,NSP)与消除多用户对间干扰的迫零(Zero forcing,ZF)和块对角化(Block diagonalization,BD)算法结合,重新设计波束成形矩阵,实现同时消除自干扰和多用户间干扰的目的。仿真结果表明,构造的全双工多用户对双向中继系统可以达到同时消除自干扰与多用户间干扰的目的。

译码转发模式下的半分布式中继选择算法

针对集中控制中继选择算法为获取瞬时信道状态信息开销较大的问题,受分布式算法的启发,本文提出了一种半分布式中继选择算法.在这个半分布式算法中,每个中继节点自己决定是否能参与协作,而从多个可能的节点中选择最优节点的最终决定是通过基站来完成的.由于在不同的节点之间不需要信道状态信息的交换,本文的算法易于执行,更适用于实际的网络.实验结果表明,该算法能够获得较好的分集效果.

多跳译码转发中继网络保密中断概率分析

针对无线中继网络面临的安全问题,提出了一个具有多天线窃听节点的多跳译码转发中继网络,推导了在Rayleigh衰落信道下网络的保密中断概率,并分析了窃听节点的位置和天线数目以及网络跳数和端到端信道容量对保密中断概率的影响。研究结果表明:合理设置网络跳数和端到端信道容量将有助于降低多跳译码转发中继网络被成功窃听的概率。

基于译码转发的混合星地中继网络的安全容量分析

针对星地融合网络的安全问题,提出了一种实现安全传输的波束形成方案。首先,基于卫星-中继链路的瞬时信道状态信息以及中继-用户链路的统计信道状态信息,以最大化安全传输速率为目标,同时满足中继最大发射功率约束,建立一个优化问题。然后,利用矩阵分析、瑞利熵理论等数学工具解决这个优化问题,从而得到最优的中继天线接收和发射权重以及中继发射功率。为了进一步分析该方案的安全性能,推导了系统的遍历安全速率的解析表达式。最后,通过仿真,证明提出的安全传输方案可有效提高网络的安全性能。

基于能效的解码转发中继OFDM链路自适应功率分配方案研究

在能效问题中,设备本身的电路功耗已成为不可忽略的一部分,故将中继引入无线网络之后势必会带来更严重的电路功耗。该文基于解码转发(DF)中继OFDM频率选择性链路,结合电路所耗功率,提出一种最优能效功率分配方法,求得DF中继链路能效上界,同时分析了速率和功率限制对能效的影响。仿真结果表明,该文所提基于能效的功率分配算法可求出最大化能效的最优功率解,并能在保证较高速率的同时获得最好的系统能效。

基于QC-LDPC码联合分层译码混合转发协作系统

为了提高中继协作系统的整体性能,设计了基于QC-LDPC(Quasi-Cycle Low-Density Parity-Check)码联合分层译码的混合转发协作系统,给出了用于源节点和中继节点编码的QC-LDPC系统码的构造方法,并提出了适用于该协作系统的联合分层译码新算法.根据传统译码转发和编码协作的特点,采用了中继混合转发协作策略,无论中继是否译码成功,中继节点都发送一定形式的冗余信息给目的节点,从而提高协作系统的编码增益和分集增益.仿真结果表明:所提出的混合转发协作系统可以充分发挥中继的分集和编码优势;与非协作系统相比,可以显著提高中继协作系统译码性能.

基于软符号估值的估计转发无线中继模式

在研究已有的放大转发（AF）和解码转发（DF）这两种中继模式的基础上，根据估计转发（EF）的思想，提出了一种对软符号和相应噪声功率估值的新型EF无线中继模式，并设计了基于联立求解方程组来实现这种中继模式的简化算法。分析了这种EF模式相比于已有模式的特点和优势。在仿真实验中分别设定了两种协作场景，对上述3种转发模式的性能进行了比较。仿真结果表明，软符号的EF机制在误比特率和误帧率性能方面都优于传统的AF模式和DF模式，获得了较为显著的增益。