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基于无线携能和非正交多址接入的认知中继网络中断性能分析

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中山大学学报（自然科学版）（中英文） 2023年第1期62卷 169-180页

作者：王玉俊罗丽平广西民族大学电子信息学院广西南宁530006

研究了基于无线携能通信(SWIPT,simultaneous wireless information and power transfer)和非正交多址接入(NOMA,non-orthogonal multiple access)的认知中继网络的中断性能。针对具有直接链路通信和两阶段通信两种传输模式,推导了系统总体中断概率的解析表达式和高信噪比条件下的渐近表达式,并通过Monte-Carlo仿真验证了理论推导的正确性。仿真结果表明,系统在直接通信模式下能获得更好的中断性能。此外,与传统的正交多址接入认知中继网络相比,基于SWIPT-NOMA的认知中继网络能获得更好的中断性能和更高的能量效率。

关键词：无线携能通信非正交多址接入认知中继网络中断性能分集增益

认知多中继网络中基于最佳功率分配的中断性能

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南京邮电大学学报（自然科学版） 2013年第2期33卷 14-18页

作者：宋耀莲酆广增南京邮电大学通信与信息工程学院江苏南京210003 昆明理工大学信息工程与自动化学院云南昆明650504 南京邮电大学江苏省无线通信重点实验室江苏南京210003

研究了认知多中继网络的功率分配方案,提出了简单的最优功率分配(OPA)方法,并给出最优解。仿真了不同的认知中继位置对认知系统中断性能的影响,并联合考虑频谱感知和认知多中继协作传输两个过程。仿真结果表明,文中提出的最佳功率分配... 详细信息

研究了认知多中继网络的功率分配方案,提出了简单的最优功率分配(OPA)方法,并给出最优解。仿真了不同的认知中继位置对认知系统中断性能的影响,并联合考虑频谱感知和认知多中继协作传输两个过程。仿真结果表明,文中提出的最佳功率分配方案的中断性能优于等功率分配(EPA)方案,且存在最佳的感知时间使认知多中继网络的中断性能最优。

关键词： OPA EPA 频谱感知协作传输中断性能感知时间

不完美串行干扰消除下多RIS辅助的NOMA系统中断性能

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物联网学报 2024年第1期8卷 153-160页

作者：覃家庆罗丽平周静广西民族大学电子信息学院广西南宁530006 广西高校智慧无人系统与智能装备重点实验室广西南宁530006

考虑到实际通信应用中不能实现完美的串行干扰消除(SIC,serialinterferencecancellation),研究了不完美SIC情况下多个智能反射面(RIS,reconfigurableintelligentsurface)辅助的非正交多址接入(NOMA,non-orthogonal multiple access)系统的中断性能和吞吐量。联合考虑直射链路和反射链路,利用Gamma分布近似表征多RIS辅助NOMA系统的信道系数,推导出用户中断概率的近似闭合表达式,并通过Monte-Carlo仿真进行验证,分析系统中断性能与不完美SIC、RIS个数及反射单元数等因素的关系。仿真结果表明,与单RIS辅助的NOMA系统和传统NOMA系统相比,在给定中断概率要求下,多RIS辅助系统所需的信噪比(SNR,signal-to-noise ratio)降低了14.2 dBm,说明了采用多个RIS可以有效地提升用户的中断性能和系统吞吐量,从而补偿不完美SIC带来的性能损失。

关键词：智能反射面非正交多址接入串行干扰消除中断性能系统吞吐量

非理想顺序干扰消除和信道状态信息下SWIPT-NOMA-CR网络中断性能

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物联网学报 2023年第1期7卷 129-139页

作者：马柱华罗丽平广西民族大学电子信息学院广西南宁530006

针对基于无线携能通信(SWIPT, simultaneous wireless information and power transfer)和非正交多址接入(NOMA, non-orthogonal multiple access)的认知中继(CR, cognitive relay)(SWIPT-NOMA-CR)网络,考虑非理想顺序干扰消除(SIC, successive interference cancellation)和信道状态信息(CSI, channel state information)实际情况,研究系统在采用理想、时间开关(TS, time switching)和功率分割(PS, power splitting)3种中继传输方案时次用户的中断性能。推导出次用户中断概率的解析表达式,并通过蒙特卡洛仿真验证理论推导的正确性。实验结果表明,非理想SIC和CSI会导致次用户的中断性能下降,相对于非理想CSI,非理想SIC给系统中断性能带来的损失更大。此外,用户采用PS中继传输方案的中断概率比采用TS方案低,当改变非理想SIC和CSI因子时,采用PS方案用户的中断概率差值比TS方案小,说明PS中继传输方案的可靠性优于TS方案。

关键词：无线携能通信非正交多址接入认知中继网络中断性能非理想SIC 非理想CSI

阴影衰落相关性及其对分布式天线系统下行中断性能的影响分析

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阴影衰落相关性及其对分布式天线系统下行中断性能的影响分析

作者：顾少翔重庆大学

学位级别：硕士

无线电波在传播过程中会受到各种障碍物的吸收、遮挡、反射、绕射和散射等,导致接收信号产生衰落。无线信道衰落分为大尺度衰落和小尺度衰落,传输路径上障碍物引起的阴影衰落是大尺度衰落的重要组成部分。当两条位置相近的通信链路经历... 详细信息

无线电波在传播过程中会受到各种障碍物的吸收、遮挡、反射、绕射和散射等,导致接收信号产生衰落。无线信道衰落分为大尺度衰落和小尺度衰落,传输路径上障碍物引起的阴影衰落是大尺度衰落的重要组成部分。当两条位置相近的通信链路经历相同障碍物时,阴影衰落会存在相关性,这种相关性会影响无线通信系统的性能评估。研究无线衰落信道的传输特性,构建合理准确的无线信道模型,能为改善和提高无线通信系统性能提供指导。本文通过实际测量与理论分析相结合,对城市场景中阴影衰落相关性以及阴影相关复合衰落信道下分布式天线系统的下行中断性能进行分析和研究,主要研究内容如下:(1)分析了城市场景中的阴影衰落相关性:设计了城市场景中阴影衰落的测量方案,包括测量原则、测量方法、测量设备和测量区域;拟合测量数据,获得了大尺度衰落参数;使用半变异函数分析了城市场景中阴影衰落的相关性以及不同测量方法和数据处理方法对阴影衰落测量精度的影响,并运用理论模型对实验半变异函数进行拟合。测量和分析结果表明,城市场景中存在明显的短变程阴影相关,这为无线通信组网规划和基站选址提供了决策依据。(2)研究了阴影相关复合衰落信道下分布式天线系统的下行中断性能:首先通过一阶矩和二阶矩匹配对复合衰落信道下分布式天线系统下行接收信噪比概率密度函数进行近似;然后通过联合匹配对阴影相关复合衰落信道下分布式天线系统下行接收信噪比概率密度函数进行近似;仿真分析了分布式天线系统和复合衰落信道中各参数对近似精度的影响;最后利用获得的近似关系,导出了阴影相关复合衰落信道下分布式天线系统的下行中断概率表达式,并仿真分析了阴影衰落相关性对分布天线系统下行中断性能的影响。

关键词：阴影衰落相关性半变异函数分布式天线系统中断性能

基于非线性能量采集模型的SWIPT系统资源分配及中断性能分析

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基于非线性能量采集模型的SWIPT系统资源分配及中断性能分析

作者：刘敏刚华南理工大学

学位级别：硕士

近年来,无线信息与能量同时传输技术(simultaneous wireless information and power transfer,SWIPT)已经引起了越来越多的关注,因为它可以为能量受限的网络节点提供稳定、可控、可靠的能量收集,从而延长网络的寿命。虽然现阶段SWIPT技... 详细信息

近年来,无线信息与能量同时传输技术(simultaneous wireless information and power transfer,SWIPT)已经引起了越来越多的关注,因为它可以为能量受限的网络节点提供稳定、可控、可靠的能量收集,从而延长网络的寿命。虽然现阶段SWIPT技术的研究有了一定的成果,但大部分的研究主要考虑的是线性能量采集(energy harvesting,EH)模型。然而,已有的研究表明,实际的EH电路的输入-输出特性为非线性,若继续采用线性EH模型的理论进行系统设计,将导致SWIPT系统收获的能量会有一定的损失,使得系统在实际情况下资源分配不合理,造成系统性能的下降。因此,本文基于非线性EH模型,针对点对点通信系统,提出一种SWIPT系统接收方法,旨在为SWIPT系统提供一种符合实际的资源分配方法;进一步地,本文将点对点通信扩展到三节点通信场景,针对具有ARA(adaptive receiver architecture)能量接收机的SWIPT协作通信系统在非线性EH模型下的传输性能问题,研究资源配置参数对系统中断性能的影响。本文主要的工作内容如下:1.本文基于时隙切换(time switching,TS)的SWIPT接收策略,提出一种非线性EH模型下的SWIPT系统接收方法。该方法结合能量接收机非线性的特点,考虑能量收集与可达信息速率的折中效果,使系统能够进行合理的资源分配,降低非线性能量接收机带来的能量收集损失。本文在单天线场景下进行理论分析,与传统的资源分配方法进行仿真对比,仿真结果表明,在非线性EH模型的条件下,相比较于传统的资源分配方法,本文设计的SWIPT接收方法可以提高系统的信息速率,改善系统的性能,获得更好信息-能量折中效果。2.针对具有ARA能量接收机的SWIPT中继系统,研究系统在非线性EH模型下的中断性能。基于Rayleigh信道模型,推导出系统中断概率的解析表达式,进一步推出系统平均吞吐量的解析表达式。同时,考虑到ARA接收机包含传统的TS接收机和功率分流(power spliting,PS)接收机能量采集策略,本文将ARA能量接收机中继与传统的PS和TS接收机中继在非线性EH模型下的中断性能进行对比,并且基于中断概率和平均吞吐量的解析表达式研究各种不同的资源配置参数对系统性能的影响。Monte Carlo仿真实验证明了本文所推导的解析表达式的正确性。实验结果表明:(1)功率分流因子、时隙分配系数、中继节点部署位置、非线性EH模型饱和功率值等参数对系统中断性能和平均吞吐量有较大的影响;(2)系统的中断概率分别是关于功率分流因子、时隙分配系数、中继节点部署位置的凹函数,存在最优解使得系统中断概率最小;(3)相比较于传统PS能量接收机中继和TS接收机中继,本文研究的ARA能量接收机中继在非线性EH模型下具有较好的中断性能。需要指出,本文研究,与现有工作的不同,现有的工作考虑的是ARA接收机的能量收集是在线性模型下进行的,而本文的工作考虑的是非线性能量收集模型,能量收集模型更加接近实际情况、求解更加复杂、难度更大、所得的结论也更加具有实际参考价值。

关键词：无线信息与能量同时传输非线性EH模型资源分配 ARA接收机中断性能

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多用户认知NOMA中继网络的中断性能研究

多用户认知NOMA中继网络的中断性能研究

作者：周茂青广西民族大学

学位级别：硕士

非正交多址接入(NOMA,Non-orthogonal Multiple Access)以及认知无线电(CR,Cognitive Radio)能够有效提高系统容量和频谱效率受到了广泛关注。将NOMA技术与CR技术结合是无线通信领域的研究热点之一。已有关于CR-NOMA网络的研究主要集中... 详细信息

非正交多址接入(NOMA,Non-orthogonal Multiple Access)以及认知无线电(CR,Cognitive Radio)能够有效提高系统容量和频谱效率受到了广泛关注。将NOMA技术与CR技术结合是无线通信领域的研究热点之一。已有关于CR-NOMA网络的研究主要集中于讨论一个主用户(PU,Primary User)与一个次用户(SU,Secondary User)复用同一授权频段的场景。针对多用户的CRNOMA网络,还存在许多方面的问题有待深入研究,其中包含多用户网络的理论性能。因此,本文针对CR-NOMA网络,考虑Underlay和Overlay两种频谱共享模式,研究多用户并存情况下的系统性能,从理论上揭示系统参数对用户性能的影响规律。本文的主要工作如下。(一)针对基于Underlay频谱共享模式的多用户CR-NOMA网络模型,近用户充当中继辅助远用户进行通信,推导出次网络中远近用户的中断概率闭合表达式和系统总的吞吐量,以及在信噪比趋于无穷大时中断概率的近似解。通过仿真验证了理论推导结果的正确性,并分析了不同参数对用户中断性能和系统吞吐量的影响。实验结果表明,由于应用了最佳用户选择策略,用户的中断性能会随着用户数量的增加而有所提升。此外,在该模式下目标速率要小于远近用户功率分配因子的比值,用户才能正常通信,否则用户会发生中断。(二)针对基于Overlay频谱共享模式下具有不完全串行干扰消除(SIC,Successive Interference Cancellation)的多用户CR-NOMA网络模型,推导出主网络PU和次网络SU的中断概率闭合表达式和系统吞吐量,并推导出在信噪比趋于无穷大时中断概率的渐进表达式。通过实验仿真验证了理论分析的正确性。实验结果表明,非完美SIC对多用户CR-NOMA网络的中断性能造成影响。此外,系统吞吐量在目标速率等于主次用户功率分配因子比值时可以实现最大值。

关键词：非正交多址技术认知中继网络中断性能多用户

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能量因果约束下的互惠共生网络中断性能研究

能量因果约束下的互惠共生网络中断性能研究

作者：田雨佳西安邮电大学

学位级别：硕士

凭借其高谱效、低功耗等特性,互惠共生网络被学术界认为是未来低功耗物联网通信的一种新范式。在该网络中,次用户(即反向散射设备(Backscatter Device,BD))可借助主用户(蜂窝基站等)的射频信号实现能量收集与被动式信息传输,主用户也可... 详细信息

凭借其高谱效、低功耗等特性,互惠共生网络被学术界认为是未来低功耗物联网通信的一种新范式。在该网络中,次用户(即反向散射设备(Backscatter Device,BD))可借助主用户(蜂窝基站等)的射频信号实现能量收集与被动式信息传输,主用户也可从BD反射传输所提供的额外多径获得性能提升,这种主、次用户均能获益的信息传输称为互惠传输。现有工作大都从主、次用户间达成互惠的机理角度出发研究互惠共生网络,但并未从理论上刻画网络中主、次用户的中断性能。其次,现有研究通常假设BD能够基于自身携带的电池长时间进行反向散射传输,但这并不符合无源物联网的需求。鉴于此,本文考虑了一个适用于无源物联网的互惠共生网络,针对主、次用户与目的节点间存在直达链路和不存在直达链路两种场景,依次推导了主、次用户的中断概率及其分集增益,并探究了反向散射系数等网络参数对中断性能的影响。主要工作如下:1)针对直达链路存在的互惠共生网络,在BD能量因果约束下推导了主、次用户的中断概率,并分析了中断概率随反向散射系数等网络参数的变化趋势。具体地,借助Jensen不等式将主用户的信道容量转化为可用于中断性能分析的瞬时信道容量,从而得到了一种可用于表征互惠共生网络瞬时信道容量的方法。其次,在考虑次用户能量因果约束的基础上,给出了主、次用户的解码信干噪比,并推导得到了瑞利信道衰落模型下主、次用户中断概率的闭合表达式,进而从理论上分析了主、次用户的分集增益,结果表明,次用户的接入可以给主用户带来性能提升。最后,通过蒙特卡罗仿真验证了理论分析的正确性,并探究了不同网络参数对系统中断性能的影响。特别地,在固定的发射功率下,存在一个次用户反射系数可使主用户的中断性能达到最佳。2)针对直达链路不存在的互惠共生网络,提出了一种中继辅助的互惠共生网络,并分析了网络中主、次用户的中断性能。在该网络中,能量受限的次用户与主用户共享频谱与能量资源,主、次用户借助采用解码转发协议的中继节点与目的节点建立连接,具体地,中继节点以功率域非正交多址的方式将解码后的主、次用户信号重新编码并传输给目的节点。首先,在中继传输的第二阶段设计了两种不同的中继节点功率分配方法(即静态和动态功率分配),并探究了不同功率分配方案下主、次用户间的互惠关系。其次,在次用户能量因果约束和中继节点是否成功解码的条件下,给出了主、次用户的解码信干噪比,并分别推导得到了静态及动态功率分配方案下主、次用户的中断概率封闭表达式及其分集增益。最后,蒙特卡罗仿真对理论分析的正确性进行了验证。研究结果表明,当中继节点采用静态功率分配时,主、次用户间的互惠关系将随着中继节点距主用户的距离减小而消失;当中继节点采用动态功率分配时,主、次用户间的互惠关系将持续存在。总的来说,本文研究了无中继和有中继两种情况下互惠共生网络的中断性能,所得到的结果可用于预估实际系统的中断性能,并为系统参数变化时最优反向散射系数和最佳中继节点位置的调整提供理论支持。

关键词：互惠共生网络射频能量收集中断性能中继

WIPT水声通信系统中断性能分析与资源分配

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WIPT水声通信系统中断性能分析与资源分配

作者：袁添文华南理工大学

学位级别：硕士

海洋蕴藏着丰富的矿物、天然气、石油等海洋资源,水下通信技术的研究对大力开发利用海洋资源与增强海洋军事防御力量有着重要意义。水声通信作为水下无线通信的重要方式之一,因水下环境的复杂性,面临着通信时延长、多径效应强、信号衰... 详细信息

海洋蕴藏着丰富的矿物、天然气、石油等海洋资源,水下通信技术的研究对大力开发利用海洋资源与增强海洋军事防御力量有着重要意义。水声通信作为水下无线通信的重要方式之一,因水下环境的复杂性,面临着通信时延长、多径效应强、信号衰减严重,水下网络节点设备能量受限且能源补充困难等问题。其中,水声通信节点能量受限问题严重影响通信节点与网络的寿命。因此,研究开发适用于水声通信网络的无线能量传输与资源管理技术,从而为水声节点提供便捷高效的无线供能和节能方案,成为水声通信网络发展的迫切需求。无线信息与能量传输(wireless information and power transfer,WIPT)技术被认为是最有吸引力的无线网络能量受限问题解决方案之一。本文以解决水声无线网络能量受限为主要目标,研究WIPT水声通信系统中断性能分析与资源分配方法,主要工作如下:(1)针对具有非线性能量收集模型和混合接收机的WIPT协作DF(decode and forword)通信系统,研究其中断性能并且推导出了系统中断概率和吞吐量的易评估的精确表达式和新颖的闭式近似表达式,分析了混合接收机的参数以及中继节点的位置对系统性能的影响。进一步地,研究WIPT协作DF水声通信系统的中断性能,目的是将WIPT技术引入水声通信系统以解决水声网络中继节点能量受限的问题。通过搭建水声通信的系统模型,结合水声信道的统计模型推导出WIPT协作DF水声通信系统中断概率和平均吞吐量表达式,最后采用蒙特卡洛方法验证所推导的中断性能表达式的正确性,并在此基础上分析各个系统参数对WIPT协作DF水声通信系统中断性能的影响。(2)针对具有水下无线能量收集能力的WIPT水声通信系统提出一种资源分配方法,该方法具体解决两个优化问题:一是基于收集能量最大化的WIPT水声通信系统资源分配,在满足信噪比门限阈值的前提下,实现系统能量收集最大化的目标。二是基于发射功率最小化的WIPT水声通信系统资源分配,在满足最低能量收集和信噪比门限阈值的前提下,实现系统发射功率最小化的目标。两个问题均是通过对水声通信系统最优波束成形和节点功率分配因子的联合优化,利用非凸优化相关理论和引入松弛变量将问题转化成一种更易于处理的问题模型。针对已转化的优化问题提出一种有效地结合凸优化方法进行求解的联合优化算法。最后通过仿真分析并与其他的基准方案对比,说明了所提资源分配方法的可行性和有效性。

关键词：水声通信 WIPT 非线性能量收集中断性能波束成形资源分配