对D2D(Device to Device)通信系统的容量扩展问题进行了研究,提出了一种双向中继辅助的D2D通信系统,该系统采用非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)。首先分析了各信号的信干噪比(SINR),接着详细计算了每个信号的累积...
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对D2D(Device to Device)通信系统的容量扩展问题进行了研究,提出了一种双向中继辅助的D2D通信系统,该系统采用非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)。首先分析了各信号的信干噪比(SINR),接着详细计算了每个信号的累积分布函数(Cumulative Distribution Function,CDF)和概率密度函数(Probability DensityFunction,PDF),并据此推导出了系统遍历总容量的解形式。除此之外,还分析了OMA系统的遍历总容量,与NOMA系统进行对比。仿真结果表明,NOMA系统的可达速率优于OMA系统,双向中继能够比传统的单向中继获得更高的容量。
提出一种基于卫星航点的分段路由(waypoint-segment routing,WSR)算法,WSR算法以可预测的卫星网络拓扑运动周期为基础,根据卫星节点链路状态确定卫星航点的位置;利用分段路由灵活规划分组传输路径的机制,提前响应网络拓扑变化,计算得到一条不受网络拓扑快照切换影响的传输路径。基于NS-3仿真平台进行仿真实验,设置源节点与目标节点在反向缝同侧与不同侧两种场景,选取优化链路状态路由(optimized link state routing,OLSR)算法和最短路径算法与WSR进行时延抖动与分组丢失率的对比分析。实验证明WSR与OLSR相比,两种场景下最大时延抖动分别降低46 ms与126 ms,分组丢失率分别降低30%和21%,并且能够解决拓扑快照切换导致分组传输路径中断的问题。
随着现代航天和通信技术的发展,卫星通信在广播通信、导航定位乃至构建全球立体化覆盖网络等领域得到了广泛的应用。但随着数据高速率传输的需求及宽带信息广播服务等多样化业务需求的不断增长,如何在星上资源有限的情况下为用户提供更可靠高效的通信服务,是目前卫星通信领域的关键问题之一。随着星载天线技术的发展,通过波束成形(Beamforming,BF)可以增强合法用户的接收信号功率,同时又大大降低被非法用户窃听的概率,成为了实现信息可靠传输的重要手段之一。但在卫星通信系统中,完美的信道状态信息(Channel State Information,CSI)通常难以获得,因此,本文重点研究统计CSI下的卫星通信系统波束成形算法。论文的主要工作如下:1.针对多波束卫星通信系统,在已知统计CSI条件下,同时考虑窃听者之间合作与非合作的情况,以可达安全速率(Achievable Secrecy Rate,ASR)为约束条件建立总发射功率最小化问题。针对合作窃听模式,运用拉格朗日乘子法推导出最优BF权矢量的表达式;针对非合作窃听模式,采用半定松弛法将原始非凸优化问题转换为凸优化问题,进而利用凸优化工具包求解出最优BF权矢量。仿真结果表明,所提BF算法能有效提升系统的安全性能。2.针对多窃听者场景下的多波束卫星通信物理层安全传输问题,基于统计CSI,以安全速率最大化为准则,分别建立了总发射功率受限和单波束发射功率受限的优化问题。针对总功率约束下的优化问题,根据广义瑞利商方法求出最优BF权矢量的解析表达式;针对单波束发射功率约束下的优化问题,通过引用辅助变量将非凸优化问题转化为凸优化问题,进而提出了一种基于黄金分割法的BF算法。最后,计算机仿真验证了所提BF方案的有效性与正确性,并进一步分析了系统参数对安全性能的影响。3.为提升同频干扰条件下的增强型卫星通信系统的性能,在已知统计CSI条件下,根据不同的性能准则提出了多种BF算法。首先给出地面接收端的信干噪比(Signal to Interference and Noise Ratio,SINR)和可达速率(Achievable Rate,AR)的闭合表达式;然后分别建立以无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)中继总功率最小化和可达速率最大化为准则的优化问题,进而推导出了相应的最优BF权矢量的解析表达式。最后,计算机仿真验证了所提BF方案的正确性和有效性。
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