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星地融合网络中基于遍历容量的地面用户调度算法

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火力与指挥控制 2022年第2期47卷 93-97,102页

作者：马津伟驻马店职业技术学院继续教育学院河南驻马店463000

星地融合网络采用无人机作为卫星与地面用户的中继设备,有效地解决偏远地区因地面无线覆盖能力不足问题。针对星地融合网络的系统资源调度问题,提出基于遍历容量的比例公平性(ergodic capacity-based proportional fairness,ECPF)调度... 详细信息

星地融合网络采用无人机作为卫星与地面用户的中继设备,有效地解决偏远地区因地面无线覆盖能力不足问题。针对星地融合网络的系统资源调度问题,提出基于遍历容量的比例公平性(ergodic capacity-based proportional fairness,ECPF)调度算法。ECPF调度算法构建基于自由空间光通信(free space optical,FSO)的卫星-无人机的通信模型,并推导FSO链路的瞬时信噪比;构建基于译码转发(decode-and-forward,DF)的无人机-用户的通信模型,并推导RF链路的瞬时信噪比。然后,计算用户的遍历容量,并结合比例公平性(proportional fairness,PF)调度算法对资源进行调度。仿真结果表明,提出的ECPF调度算法更好地保证了用户使用资源的公平性,提升了系统的吞吐量。

关键词：星地融合网络无人机自由空间光通信比例公平性调度遍历容量

基于SWIPT的协作NOMA通信系统遍历容量研究

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基于SWIPT的协作NOMA通信系统遍历容量研究

作者：吴泽南昌大学

学位级别：硕士

近年来,移动互联网技术不断发展,已成为用户工作、生活中不可或缺的一部分。物联网接入设备数量的大幅增加以及用户对于无线通信传输速率和服务质量的要求越来越高,使得频谱资源变得的日益紧张。非正交多址接入(Non Orthogonal Multiple... 详细信息

近年来,移动互联网技术不断发展,已成为用户工作、生活中不可或缺的一部分。物联网接入设备数量的大幅增加以及用户对于无线通信传输速率和服务质量的要求越来越高,使得频谱资源变得的日益紧张。非正交多址接入(Non Orthogonal Multiple Access,NOMA)技术的应用允许用户共享频谱资源,有效提高了频谱资源的利用率及系统的吞吐量。但日益成熟的5G通信技术相较于4G通信技术而言,通信频率有所提高、信号覆盖范围有所减小,这一定程度上会导致小区边缘用户的通信质量无法达到理想状态。而协作中继技术的使用可以扩大基站信号的覆盖范围,从而提高小区边缘用户的信息传输速率,进而有效改善小区边缘用户的通信质量。然而在实际应用中,充当协作中继的物联网设备通常由电池供电,电池的频繁更换会带来成本增加。对于部署在复杂环境中物联网设备而言,电池更换难度大,人力成本更是难以把控。无线携能通信(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)技术的应用使物联网设备能够从射频信号中收集能量,大大缓解了能量受限设备的供能压力。为了实现通信系统更高的频谱效率、更便捷的供能方式以及边缘用户更优的通信质量,将SWIPT技术应用到协作NOMA通信系统中。在考虑了两种基于SWIPT的协作NOMA通信系统的应用场景的基础上,通过对具有直接链路的用户使用最大比合并(Maximal Ratio Combining,MRC)方案,推导出不同场景下的用户遍历容量和系统遍历总容量。本文的主要研究内容如下:针对单中继协作NOMA通信系统存在能量受限的缺陷,引入SWIPT技术以解决能量受限中继用户的供能问题,并在此基础考虑了具有直接链路用户的情况。在该系统中,基站以NOMA协议发送信号,中继用户从基站发送的信号中收集能量,并以此作为第二阶段的发射功率向用户发送信号。为了提高所考虑系统的频谱效率和能量利用率,运用数学推导得出系统中继节点在功率分割(Power Splitting,PS)和时间切换(Time Switching,TS)两种策略下的用户遍历容量和系统遍历总容量的表达式,并通过蒙特卡洛仿真进行了验证。在仿真结果中,分析了功率分配因子和时间切换因子对遍历总容量的影响。并且在该系统中,针对具有直接链路的情况采用MRC方案能更加有效地提高用户的遍历容量和系统的遍历总容量。由于中继用户为能量受限用户,需要使用SWIPT技术来进行能量收集和信息解码,而良好的信道条件可以使中继用户能量收集效率更高和信息解码能力更强。在此基础上,进一步研究部分中继选择(Partial Relay Selection,PRS)方案对基于SWIPT协作NOMA系统的影响,根据基站与多中继用户之间链路的信道状态信息,选出信道状态最好的中继用户作为最佳中继用户,从而有效地提升第一阶段中继用户收集能量和信息解码的性能。在该系统中同样考虑了具有直接链路的用户,在第二阶段中,中继用户通过利用第一阶段中收集的能量作为发射功率将NOMA信号发送给用户。为提高所考虑系统的频谱效率和能量利用率,推导出该系统中PS和TS两种策略下用户遍历容量和系统遍历总容量的表达式,并通过蒙特卡洛仿真进行了验证。在仿真结果中,分析了中继用户个数和功率分配系数对遍历总容量的影响,并与单中继系统做了对比,结果表明在PRS方案下的多中继基于SWIPT协作NOMA系统相比于单中继基于SWIPT协作NOMA系统在遍历总容量方面表现更优。

关键词：非正交多址无线携能通信协作通信部分中继选择方案遍历容量

RLN衰落下D-MIMO系统遍历容量上边界

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西安电子科技大学学报 2016年第4期43卷 111-116,153页

作者：王咏平曹汉强王安稳华中科技大学电子信息与通信学院湖北武汉430074 海军工程大学理学院湖北武汉430033

针对空域双边相关同时存在、收发天线数量不受限制的RLN衰落下的分布式多输入多输出系统,分析和提出了解析的系统遍历容量的上边界.通过子矩阵展开等方法构造出新的不等式,在对上述系统模型的遍历容量边界分析中,解决了对大尺度衰落矩... 详细信息

针对空域双边相关同时存在、收发天线数量不受限制的RLN衰落下的分布式多输入多输出系统,分析和提出了解析的系统遍历容量的上边界.通过子矩阵展开等方法构造出新的不等式,在对上述系统模型的遍历容量边界分析中,解决了对大尺度衰落矩阵和小尺度衰落矩阵的统计分析无法分离的问题.当系统接收端天线数量大于或小于等于发送端时,在低信噪比到高信噪比的范围内,上边界均非常接近遍历容量.这一结论由不同空域相关系数下的仿真试验所证实.当分布式系统的收发端站点数量均为1时,模型退化为点对点多输入多输出系统,该上边界变为空域双边相关Rayleigh衰落下多输入多输出系统遍历容量的上边界.

关键词：通信系统衰落信道多输入多输出分布式系统遍历容量

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瑞利衰落信道下非正交选择转发协议遍历容量

华中科技大学学报（自然科学版） 2013年第8期41卷 10-15页

作者：李民政欧阳缮陈紫强肖海林西安电子科技大学电子工程学院陕西西安710071 桂林电子科技大学信息与通信学院广西桂林541004

为了研究瑞利衰落信道下非正交选择放大转发协议和非正交选择译码转发协议的遍历容量,推导出这两种转发协议下遍历容量界的闭式表达式,蒙特卡罗仿真得到了两种协议在不同备选中继个数时的遍历容量.仿真结果表明两种协议的遍历容量随备... 详细信息

为了研究瑞利衰落信道下非正交选择放大转发协议和非正交选择译码转发协议的遍历容量,推导出这两种转发协议下遍历容量界的闭式表达式,蒙特卡罗仿真得到了两种协议在不同备选中继个数时的遍历容量.仿真结果表明两种协议的遍历容量随备选中继个数的增加而改善,当中继个数增加到一定值时,这种改善趋缓;相对而言,低信噪比时非正交选择放大转发协议的遍历容量较大,高信噪比时非正交选择译码转发协议的遍历容量较大.

关键词：瑞利衰落信道机会中继放大转发译码转发遍历容量非正交转发

蜂窝网络下D2D通信的遍历容量分析（英文）

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Journal of Southeast University(English Edition) 2015年第3期31卷 333-338页

作者：李旭杰张洪浪张文娜李文峰河海大学计算机与信息学院南京210098 复旦大学上海市智能信息处理重点实验室上海200433 中南民族大学智能无线通信湖北省重点实验室武汉430074 南京大学电子科学与工程学院南京210023

针对蜂窝网络下D2D通信系统提出了一种遍历容量分析方法.首先,对蜂窝网络下D2D通信模型进行了概述,并分析了其上行时隙和下行时隙的干扰情况.在D2D通信系统中很难得到瞬时的信道状态信息,故假设基站和终端仅知道统计的信道状态信息,且... 详细信息

针对蜂窝网络下D2D通信系统提出了一种遍历容量分析方法.首先,对蜂窝网络下D2D通信模型进行了概述,并分析了其上行时隙和下行时隙的干扰情况.在D2D通信系统中很难得到瞬时的信道状态信息,故假设基站和终端仅知道统计的信道状态信息,且信道系数服从独立复高斯分布.基于上述假设,针对上行时隙得出DUE的信干噪比(SINR)表达式,并基于该公式推导出DUE的SINR的概率分布函数和概率密度函数,最终推导出DUE的上行遍历容量.利用相同方法,推导出下行遍历容量.仿真结果表明,即使存在较多DUE情况下仍然可以取得较高的遍历容量.研究结果可用于D2D通信系统的设计与优化.

关键词： D2D 遍历容量蜂窝网

全双工集成接入和回程系统遍历容量表征及优化算法研究

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全双工集成接入和回程系统遍历容量表征及优化算法研究

作者：张小茜北京邮电大学

学位级别：硕士

第三代合作伙伴计划(3rd Generation Partnership Project,3GPP)提出集成接入和回程(Integrated Access and Backhaul,IAB)系统作为第五代移动通信(The 5th Generation,5G)高速无线回程的解决方案,并支持多跳中继的形式实现更大的覆盖范围和更加灵活的拓扑结构。3GPP明确对IAB系统提出了容量提升要求,与其容量相关的研究成为热点。全双工技术(Full-Duplex,FD)作为5G关键技术之一,允许在同一节点处同时同频地进行信号的发送与接收,理想情况下可以实现系统容量的倍增。将全双工技术与IAB系统相结合,可以有效提升系统容量,但同时也带来不可忽视的自干扰问题,使IAB系统中的干扰环境更加复杂。因此,在考虑干扰的情况下,对全双工IAB系统进行容量表征,并在此基础上针对干扰进行容量优化,是提升系统容量的关键。本课题来源于国家自然科学基金项目“基于相位噪声加性高斯化的全双工极化自干扰消除研究”(项目编号:61501050)。由于IAB系统支持多跳的部署形式,论文选择多跳中继系统容量研究中最普遍的指标—遍历容量,作为本文容量研究的性能指标。论文在考虑残余自干扰和后向干扰的情况下,推导了系统遍历容量的一般表达式,表征了系统的容量性能。在此基础上,提出了基于遗传算法的优化算法,减轻了干扰的影响,有效提升了系统遍历容量。论文具体研究内容如下:(1)对IAB系统、全双工技术和全双工IAB系统遍历容量研究的相关内容进行了总结和梳理。首先介绍了 IAB系统的概述、关键技术和面临挑战,指出了对IAB系统进行容量研究的必要性和重要性。其次介绍了全双工技术的特点和研究现状,说明了将其与IAB系统相结合的可行性以及带来的优势和问题。最后介绍了全双工IAB系统遍历容量研究的相关内容,包括其优势和面临挑战,以及从表征和优化两个方面展开其研究现状,具体说明了本文需要解决的问题。(2)针对干扰信号会使各IAB节点处的信干噪比(Signal-to-Interference-plus-Noise Ratio,SINR)不服从相同分布甚至标准分布,以及不同跳数的系统中干扰信号数量存在差异,难以形成通用的遍历容量计算方法这一问题,提出了一种多跳的全双工IAB系统近似遍历容量表征方法。在考虑系统中存在残余自干扰和后向干扰的情况下,首先对三跳全双工IAB系统近似遍历容量表达式进行详细推导,并使用概率论、不等式变型等数学方法处理非标准分布项,然后通过归纳总结的方法将表达式推广到任意跳数,得到对任意跳数系统都适用的近似遍历容量一般表达式。仿真结果表明,所得表达式能够实现比较精确的近似表征,从而能够比较准确地反映系统的实际性能。(3)针对系统中干扰信号的功率不仅与节点发送功率有关,还与相邻节点间距离有关这一问题,提出了一种基于遗传算法的全双工IAB系统遍历容量优化算法。首先构建包含功率和距离两组变量的优化问题,然后使用遗传算法对优化问题进行求解,并设计相关的变量编解码规则和适应度函数,同时引入精英保留策略以保证算法的性能。仿真结果表明,所提优化算法可以减轻干扰信号的影响,有效提升系统遍历容量。

关键词：集成接入和回程系统全双工技术遍历容量残余自干扰后向干扰

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全双工协作中继网络的遍历容量分析

自动化仪表 2022年第3期43卷 46-49,54页

作者：何潘庆李伟李跃辜馨月郭秋梅中国核动力研究设计院四川成都610005 四川中核艾瑞特工程检测有限公司四川绵阳621000 西南科技大学信息学院四川绵阳621000

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... 详细信息

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。

关键词：全双工残余自干扰互干扰协作中继网络遍历容量 Nakagami-m衰落放大转发解码转发

基于遍历容量的低轨卫星协作通信中继选择算法

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信号处理 2017年第10期33卷 1317-1323页

作者：穆文静李勇朝阮玉晗张海林西安电子科技大学综合业务网理论及关键技术国家重点实验室陕西西安710071

在低轨卫星通信系统下行链路中引入协作技术,可获得协作分集增益,从而减小信道衰落的影响。目前在目标通信区域内多星的覆盖率非常高,合适的中继卫星选择策略对于提升卫星通信网络的整体性能至关重要。针对这一问题,本文提出一种基于遍... 详细信息

在低轨卫星通信系统下行链路中引入协作技术,可获得协作分集增益,从而减小信道衰落的影响。目前在目标通信区域内多星的覆盖率非常高,合适的中继卫星选择策略对于提升卫星通信网络的整体性能至关重要。针对这一问题,本文提出一种基于遍历容量的中继选择算法。该算法借助卫星轨道信息以及统计信道信息,综合考虑卫星高动态和资源受限的特点,通过公平性因子进行遍历容量和协作能量消耗折中,选择具有最佳权重遍历容量的节点作为协作卫星。并在此过程中,得到了卫星间协作链路信噪比概率密度闭式表达式,该表达式用来求解协作链路遍历容量。仿真分析表明,该方法可以动态的调整协作卫星的优先级,在误比特率性能和公平性之间可以达到很好的平衡,并且可以在低EIRP情况下提高卫星的服务时间。

关键词：卫星通信低轨卫星中继选择遍历容量

协同通信系统中基于遍历容量的近似最优功率分配

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通信学报 2009年第6期30卷 26-32页

作者：林霏罗涛路安琼乐光新北京邮电大学电信工程学院北京100876 山东轻工业学院电子信息与控制学院山东济南250353

传统半双工放大转发(AF)协同通信无论信道状态如何,总是采用协同通信模式,在一定程度上降低了系统自由度的利用率。基于此研究了"何时协同"与最优发送功率分配的问题。首先给出了AF系统的遍历容量表达式及其上界;然后以遍历容量上界为... 详细信息

传统半双工放大转发(AF)协同通信无论信道状态如何,总是采用协同通信模式,在一定程度上降低了系统自由度的利用率。基于此研究了"何时协同"与最优发送功率分配的问题。首先给出了AF系统的遍历容量表达式及其上界;然后以遍历容量上界为代价函数,提出一种适用于AF系统的近似最优功率分配方案(AOPA),通过比较源—目的端与中继—目的端的统计信道增益来判定是否需要采用协同通信模式;最后,还分析了在中继端按随机方向模型移动时AOPA方案的性能。理论分析和仿真结果表明,AOPA方案在系统容量和误码差错性能上均要优于等功率EPA方案。

关键词：协同通信功率分配遍历容量误码率随机方向模型