Joint Beamforming Design and Power Allocation for Full-Duplex NOMA Cognitive Relay Systems
在本文中，我们考虑了一个非正交多址接入认知无线电网络，其中一个全双工多天线中继协助从基站（BS）到一个认知远用户的传输，而在同一时间，BS发送到一个认知近用户。我们的目标是扩大远-近用户速率区域，通过在远用户速率高于某个阈值的约束下最大化近用户速率。为此，一个非凸联合优化问题的中继波束成形和在BS和认知中继的发射功率解决作为一个半定松弛问题，结合一个有效的可解线搜索方法。为了比较，我们还考虑了低复杂度的固定波束形成器设计，其中BS和认知中继之间的最佳功率分配被解决。我们的研究结果表明，所提出的联合优化可以显着减少的影响，在FD中继和用户间干扰的近用户的情况下，在残留的自干扰。
2017-08-13 cs.IT math.IT
Outage Analysis of Multi-Relay Selection for Cognitive Radio with Imperfect Spectrum Sensing
在本文中，我们研究了认知中继网络的中断性能，这是由一个辅助发射机（ST），多个解码和转发（DF）中继和一个辅助目的地（SD）。我们提出了一个多中继选择方案的认知中继网络，其中多个中继被选择并用于参与转发从ST到SD的二次传输。在瑞利衰落环境下，推导出了非理想频谱感知下多中继选择的中断概率的封闭表达式。为了比较的目的，传统的直接传输和最佳中继选择也被认为是基准。数值结果表明，随着检测概率的增加和虚警概率的降低，频谱感知性能提高，所提出的多中继选择方案、直接传输方案和最佳中继选择方案的中断概率都相应降低.它也表明，建议的多中继选择显着优于传统的方法在中断概率。
2014-11-02 cs.IT math.IT
On the Capacity of Wireless Powered Cognitive Relay Network with Interference Alignment
本文研究了一种具有干扰对齐的两跳解码转发认知无线电系统。中继节点是能量受限的，并且从干扰信号中清除能量。在文献中，有两个主要的能量收集协议，即时间切换继电保护和功率分裂继电保护。我们首先演示了如何设计所考虑的主网络和辅助网络的波束成形矩阵。在此基础上，考虑时间切换和功率分配协议的不同部分，对信道状态信息完备和不完备情况下的系统容量进行了估计。
2017-12-13 cs.IT math.IT
Capacity to within 3 bits for a class of Gaussian Interference Channels with a Cognitive Relay
具有认知中继的干扰信道（IFC-CR）由经典的两用户干扰信道组成，其中两个独立的消息在认知中继节点处也是非因果已知的。在这项工作中，一类特殊的IFC-CR的来源不创建干扰在非预期的目的地进行了分析。这种特殊的模型导致具有两个非干扰点对点信道的信道，其传输由带内认知中继辅助，这因此被称为具有认知中继的并行信道（PC-CR）。对于所有信道参数，我们确定PC-CR信道的容量在3比特/秒/赫兹内。特别是，我们提出了几个新的外边界，我们实现了一个恒定的间隙内通过适当选择高斯输入分布在一个简单的速率分裂和叠加编码为基础的内界。内边界和外边界的数值计算表明，实际的差距可以远远小于3位/秒/赫兹。
2011-02-16 cs.IT math.IT
Indirect Channel Sensing for Cognitive Amplify-and-Forward Relay Networks
在认知无线电网络中，主信道信息是有益的。但在认知系统中，直接进行信道估计无法获得较好的性能.只有一种可能的方式是主接收机将主信道信息广播给认知用户，但这需要对主接收机进行改造，并增加宝贵的频谱资源。协作通信也是一种很有前途的技术。针对认知放大转发（AF）中继网络的主信道，提出了一种间接信道感知方法。由于主AF中继节点重传的信号中包含信道效应，认知无线电可以接收主AF中继节点的重传信号，并从中提取信道信息。然后，最小二乘信道估计和稀疏信道估计可以分别用于解决密集和稀疏多径信道。数值实验表明，所提出的间接信道检测方法具有可接受的性能。
2011-07-08 cs.IT math.IT
FDMA with Layers-based Optimized Mobile Relays Subsets Algorithm in B5G/6G Cognitive IoT Networks
鉴于未来B5 G/6 G（如认知物联网、天地一体化网络等）通信性能的显著提升，基于中继选择的协作通信（CC）分集技术被广泛研究，以显著改善通信质量，但目前仍有大量潜在的优化工作要做。本文针对子集中继选择的NP-难问题，进一步研究了K层功率分配标准下的中继子集选择定理，以探索B5 G/6 G认知物联网中更好的性能（物联网）网络，针对全双工非正交多址接入（NOMA）系统，提出了一种基于统一分层的移动中继子集优化算法，大大提高了系统的传输速率。在揭示和考虑中继节点状态、中继位置、衰落特性等基本特性的基础上，提出了基于这些中继特性的FD-NOMA优化算法，以提高中继节点的传输有效性，并推导和证明了一系列相关的中继子集定理，然后估计了最大传输速率的最小上界，得到了FD-NOMA的双向均衡最优传输结论。总体而言，所提出的通用和优化算法可用于未来B5 G/6 G网络（如认知物联网）中的多种协作通信场景。仿真结果表明，该方案的传输速率是其他经典中继选择算法的数倍
2020-09-14 cs.IT math.IT
Error Performance of Wireless Powered Cognitive Relay Networks with Interference Alignment
研究了一种采用干扰对齐技术的两跳解码转发认知无线电系统。能量受限的中继节点通过功率分配（PS）中继协议从干扰信号中收获能量。首先，主要和次要网络的波束形成矩阵的设计进行了演示。然后，计算了PS协议在理想和不理想信道状态信息（CSI）情况下系统的比特出错率（BER）性能。最后，仿真了CSI失配参数对系统误码率性能的影响。
2017-12-13 cs.IT math.IT
Analytic Performance Evaluation of Underlay Relay Cognitive Networks with Channel Estimation Errors
该文研究了在瑞利衰落信道下，采用译码转发（DF）中继的中继认知网络在任意跳数下的出错率（BER）性能。为了便于性能评估分析，我们推导出一种新的精确的封闭形式表示相应的误码率，通过广泛的比较与蒙特卡洛模拟的结果进行验证。所提出的表达式涉及众所周知的基本和特殊的功能，使其计算实现相当简单和直接。因此，可以最终省略对费力、耗能和耗时的计算机模拟的需要。大量的研究结果表明，中继认知网络的性能是，如预期的那样，显着下降的信道估计误差，这是高度依赖于网络拓扑结构和跳数。
2016-12-29 cs.IT math.IT
Performance of Adaptive Link Selection with Buffer-Aided Relays in Underlay Cognitive Networks
在本文中，我们研究了一个三节点的双跳认知无线电网络（CRN）的性能与半双工（HD）解码和转发（DF）缓冲辅助中继。我们推导出的平均速率和符号出错率（SER）性能的自适应链路选择基于信道感知缓冲辅助中继（CABR）计划，施加峰值功率和峰值干扰的限制，对次要节点，并将它们与传统的非缓冲辅助中继（CNBR）和传统的缓冲辅助中继（CBR）计划的延迟容忍系统。对于有限延迟系统，我们分析了固定速率传输的修改后的基于阈值的方案的性能，并证明了使用后进先出缓冲区在某些情况下是有利的。我们提出了延迟，吞吐量和SER之间的权衡。计算机模拟结果证明推导的表达式的准确性。
2016-09-03 cs.IT math.IT
The Degrees of Freedom of the Interference Channel with a Cognitive Relay under Delayed Feedback
研究了延迟反馈下认知中继系统的干扰信道特性。研究了三种类型的延迟反馈：发送端的延迟信道状态信息（CSIT）、延迟输出反馈和延迟香农反馈。外边界推导出的DoF区域的两个用户多输入多输出（MIMO）ICCR延迟反馈以及没有反馈。对于单输入单输出（SISO）场景，提出了基于回溯干扰对齐的最优方案。结果表明，虽然没有反馈的认知中继不能在两用户SISO干扰信道中将和DoF扩展到$1$之外，但在相同的场景中延迟反馈可以将和DoF扩展到$4/3$。对于MIMO的情况下，可实现的计划，通过追溯干扰对齐的扩展，导致DoF区域，满足各自的上限。
2015-07-24 cs.IT math.IT
Securing Physical-Layer Communications for Cognitive Radio Networks
针对认知无线电（CR）网络通信和组网的弱点，研究其物理层安全问题。我们首先回顾了CR网络中的一系列物理层攻击，包括主用户模拟、感知伪造、情报泄露、干扰和窃听攻击。然后，我们重点研究了认知无线电网络的物理层安全性，并从保密中断概率的角度分析了认知通信的保密性能。我们进一步考虑使用中继提高CR的安全性，防止窃听，并提出了一个机会主义的中继方案，其中一个中继节点，使CR通信最耐窃听被选择参与协助传输从认知源到其目的地。结果表明，通过增加中继节点的数量，CR通信的物理层保密性可以得到显著提高，从而显示出利用中继节点的安全性优势.最后，我们提出了一些开放的挑战，在中继辅助CR网络的物理层安全领域。
2015-07-02 cs.IT math.IT
On the Ergodic Capacity of Underlay Cognitive Dual-Hop AF Relayed Systems under Non-Identical Generalized-K Fading Channels
分析了认知（次）双跳中继系统的遍历容量。具体而言，放大和转发传输协议被认为是，而接收到的信号经历多径衰落和阴影与非相同的统计。为了有效地描述这种复合类型的衰落，使用公知的广义$K$衰落模型。利用Meijer的- $G$函数的有限和级数，得到了端到端通信的遍历容量的新的解析表达式和相当精确的封闭形式近似.借助计算机模拟对分析结果进行了验证，同时也揭示了一些有用的见解。
2015-08-31 cs.IT math.IT
Performance of Two-Hop Cooperative Cognitive Networks with an Energy Harvesting Relay
本文研究了一种基于能量收集（EH）多天线中继的协作认知无线电网络（CCRN），研究了在峰值干扰功率控制下，时间切换（TS）和功率分配（PS）协议的中断和吞吐量性能。我们假设中继分别在第一跳和第二跳中使用最大比合并和发射天线选择。与其他文献不同，我们最佳地结合了直接和中继信号在目的地，并证明，由于随机性质的信道和功率控制，有相当大的改善性能。我们还分析了EH-CCRN的性能与增量中继，{解析量化吞吐量的增益{上} EH-CCRN}。对于少量的天线在中继，吞吐量性能的EH-CCRN实际上是劣于一个使用的直接链路没有中继，而增量方案总是优越的。我们建立，存在EH参数的最佳值，导致TS和PS EH协议的最大吞吐量。在某些特殊情况下，我们推导出这些封闭形式的表达式。计算机模拟用于验证推导的表达式。
2020-09-21 cs.IT math.IT
Outage Analysis of Spectrum Sharing Energy Harvesting Cognitive Relays in Nakagami-$m$ Channels
能量收集（EH）认知中继是解决频谱利用效率低下问题的一个令人兴奋的解决方案，同时实现绿色通信和空间多样性。在频谱共享的情况下，我们调查的认知中继网络的性能，其中一个次要的源与其目的地通过Nakagami- $m$信道通过解码和转发EH中继通信，同时保持低于预定义的阈值的主用户的中断概率。具体来说，我们推导出一个封闭形式的表达二次中断概率，并表明它是一个功能的概率EH中继有足够的能量进行中继，这反过来又取决于能量收集和消费率的EH中继和主要中断概率阈值。我们还表明，放松主要中断约束可能并不总是有利于认知EH中继网络由于中继的发射功率的能量约束的限制。
2015-08-30 cs.IT cs.NI math.IT
Relay-Selection Improves the Security-Reliability Trade-off in Cognitive Radio Systems
我们考虑一个认知无线电（CR）网络，包括一个二级发射机（ST），一个二级目的地（SD）和多个二级中继（SR）在窃听者的存在。我们依赖于仔细的中继选择保护ST-SD传输对窃听者的帮助下，单中继和多中继选择。具体地，在单中继选择中仅选择"最佳" SR以用于辅助二次传输，而多中继选择调用多个SR以用于同时将ST的传输转发到SD。我们分析了拦截概率和中断概率的建议单中继和多中继选择方案的二次传输依赖于现实的频谱感知。我们还评估了经典的直接传输和人工噪声为基础的方法与建议的中继选择方案的比较的目的的性能。结果表明，随着拦截概率要求的放宽，中断性能的直接传输，人工噪声为基础的和中继选择方案的改善，反之亦然。这意味着在存在窃听攻击的情况下在二次传输的安全性和可靠性之间进行权衡，这被称为安全性-可靠性权衡（SRT）。此外，我们证明了单中继和多中继选择方案的SRT一般优于经典的直接传输。此外，随着SR数量的增加，所提出的单中继和多中继选择方法的SRT显著提高。最后，我们的数值结果表明，正如预期的那样，多中继选择方案实现了更好的SRT性能比单中继选择。
2014-11-29 cs.IT math.IT
Cooperative Beamforming in Cognitive Radio Relay Networks Using Amplify-and-Forward Relaying Technique
在这项工作中，我们研究的问题中继波束形成的认知无线电中继网络使用放大转发（AF）中继技术。我们考虑一个认知无线电网络，由单一的主要和多个次要的发射机/接收机。此外，还有几个中继节点可以帮助主网络和辅助网络。提出了一种新的中继站波束赋形方法，其中中继站的波束赋形权值是一个优化问题的解。优化问题的目标是最大化在辅接收机（SU-RX）处的最坏情况的信号与干扰加噪声比（SINR），并且约束是主接收机（PU-RX）上的干扰功率和中继节点的总发送功率。我们表明，波束形成问题可以转化为二阶锥规划（SOCP）问题，并解决了二分法搜索方法。我们的仿真结果表明，性能的改善作为一个功能的大小和功率的中继网络。
2019-10-18 cs.IT eess.SP math.IT
On the Deployment of Cognitive Relay as Underlay Systems
本文的目的是扩展认知中继（CR）的想法。CR作为次要用户，遵循一种可扩展的范例，以支持室内设备对频谱的次要使用。寻找一个空间的机会，即，决定其在主用户信道上的传输，CR对其部署场景以及主接收器和室内设备的移动进行建模。建模有利于理论分析，但它也是重要的，以确保CR在一个真实的场景中的性能。我们认为简要地，同时部署这样一个系统的硬件原型所涉及的挑战。
2014-04-18 cs.IT math.IT
Relay Selection and Resource Allocation for Two Way DF-AF Cognitive Radio Networks
研究了双向中继认知无线电网络中采用半双工解码转发（DF）和放大转发（AF）系统的最优资源功率分配和中继选择问题。假设主网络和辅网络同时接入频谱，使得由辅网络引起的引入到主网络的干扰应该低于某个干扰阈值。此外，在不影响主网络的服务质量的情况下，根据所获得的辅助总和速率来应用AF和DF方案之间的选择策略。基于遗传算法的次优方法也提出了解决我们的问题。仿真结果表明，所提出的次优算法的性能接近最优解的性能，具有相当大的复杂度节省。
2013-05-19 cs.IT math.IT
Optimal Transmit Power Allocation for MIMO Two-Way Cognitive Relay Networks with Multiple Relays
在这封信中，我们考虑了一个多输入多输出的双向认知无线电系统下的频谱共享的情况下，主用户和次用户在同一频带上工作。次级终端旨在使用多个中继来彼此交换不同的消息，其中每个中继采用放大转发策略。我们的工作的主要目标是最大限度地提高二次和率允许共享频谱与主用户尊重主用户容忍干扰阈值。在这种情况下，我们推导出一个封闭形式的表达式分配给每个天线的终端的最佳功率。然后，我们讨论了一些系统参数对性能的影响，在数值结果部分。
2013-11-04 cs.IT cs.NI math.IT
Performance Analysis of Energy Harvesting Underlay Cooperative Cognitive Radio Relay Networks with Randomly Located Nodes
研究了主用户泊松场存在时能量收集协作认知无线电网络（CRN）的成功数据通信概率.我们考虑的情况下，收获能量后，从主发射机（PT），次发射机（ST）将发送其符号向次要目的地（SD）通过一个合适的辅助中继从一组随机分散的空闲节点在一个圆形区域内。我们已经考虑了几个中继选择标准，在我们的工作中，一个更好的中继节点选择。我们还分析了二次发射机的性能成功的符号传输的概率。通过详细的分析，研究了ST的性能与PU的密度、PT的发射功率和ST所需的发射功率等网络实体之间的关系。在本工作中，已经探索了能量收集的益处和来自PT的干扰之间的非平凡的权衡。数值结果验证了推导出的解析表达式的精度。
2019-03-04 cs.IT math.IT
Energy Efficient Cooperative Strategies for Relay-Assisted Downlink Cellular Systems, Part I: Theoretical Framework
考虑认知对多个中继辅助基站传输的下行蜂窝系统能量效率的影响。该问题的动机是中继辅助解决方案在移动网络中的实际重要性，例如LTE-A，其中中继之间的合作有望大大提高系统的能量效率。我们研究了在基站的功耗和中继节点的合作和认知水平之间的根本权衡。通过将相同的消息分发给多个中继站，基站消耗更多的功率，但它使中继站之间的合作，从而使中继站之间的传输到目的地的多用户认知信道。由于干扰管理和相干合并增益，中继之间的协作允许用于从中继向终端用户发送的功率的降低。这些增益甚至在部分或单向发射机协作的情况下也存在，这是在认知信道（诸如认知干扰信道和具有认知中继的干扰信道）中的情况。因此，我们解决的问题，确定在继电器的最佳合作水平，从而导致最小的总功耗时，占由于认知的功率降低。一个实际的设计实例和数值模拟在配套文件（第二部分）。
2013-03-29 cs.IT math.IT
The DoF of the K-user Interference Channel with a Cognitive Relay
最近表明，具有认知中继的2用户干扰信道（IC-CR）几乎肯定具有全自由度（DoF），即2 DoF。这项工作的目的是检查由$K$用户对和认知中继组成的$K$用户IC-CR的DoF是否遵循2用户情况的直接扩展。事实证明，情况并非如此。当信道时变时，如果$K>2$，则$K$ -用户IC-CR被示出为具有$2K/3$ DoF，使用干扰对准可实现。因此，虽然具有时变信道系数的基本$K$ -用户IC对于所有$K$具有每用户1/2DoF，但是如果K=2，则具有变化信道的$K$ -用户IC-CR具有每用户1 DoF，并且如果$K>2$，则具有变化信道的$K$ -用户IC-CR具有每用户2/3DoF。此外，3用户IC-CR与恒定信道的DoF区域的特点是使用干扰中和，并给出了一个新的上限的2用户IC-CR的总容量。
2012-07-02 cs.IT math.IT
On the Capacity of the Interference Channel with a Cognitive Relay
具有认知中继的干扰信道（IFC-CR）由具有两个独立的源-目的地对的经典干扰信道组成，所述源-目的地对的通信由被称为认知中继的附加节点辅助，所述附加节点具有两个源的消息的先验知识。这种先验的消息知识被称为认知，并理想化的中继学习的消息的两个来源，从他们的传输通过无线信道。本文提出了新的内部和外部边界的一般无记忆IFC-CR的容量区域，被证明是紧的某一类通道。新的外界如下参数最初设计的广播信道，其中佐藤的观察，与非合作接收器的信道的容量区域只取决于信道输出条件的边际分布。新的内界包括所有以前提出的编码方案，因此它是迄今为止最大的已知可实现的速率区域。新的内界和外界符合一个子集的信道满足强干扰条件。对于这些通道，如果两个目的地都解码两个消息，则最优性没有损失。这一结果类似的经典IFC和认知IFC的结果，是第一个已知的容量结果一般IFC-CR。数值评估所提出的内部和外部边界的高斯噪声的情况下。
2011-07-22 cs.IT math.IT
On the Capacity Region of the Two-user Interference Channel with a Cognitive Relay
本文考虑了经典的两个用户干扰信道的变化，其中两个干扰源-目的地对的通信是由一个额外的节点，有一个先验知识的消息被发送，这被称为它的认知中继辅助。特别地，对于单射半确定性干扰信道，推导了一般无记忆干扰信道的和速率上界，并进一步收紧了高斯噪声信道在高信噪比下的线性确定性近似（LDA），该近似忽略了噪声并关注用户信号之间的相互作用。对称LDA的容量区域的特点是完全除了制度的适度弱干扰和弱链接从CR到目的地。从LDA的分析中获得的见解，然后被翻译回对称高斯噪声信道（GICCR）。对于对称的GICCR，容量区域的近似表征（在一个恒定的间隙内）提供了一个参数制度，其中容量是以前未知的。近似最优的方案表明，在中继的消息认知是有益的干扰管理，因为它使同时在空中抵消的干扰在两个目的地。
2014-09-08 cs.IT math.IT
Full-Duplex Relay Selection in Cognitive Underlay Networks
在这项工作中，我们分析了频谱共享网络中全双工中继选择（FDRS）的性能。与半双工中继相反，全双工中继（FDR）使得能够在辅助中继处同时监听/转发，从而允许更高的频谱效率。然而，由于源和中继同时在FDR中发送，所以它们在主接收机处的叠加信号现在应该满足现有的干扰约束，这可以显著地限制辅网络吞吐量。在这方面，中继选择可以提供足够的解决方案来提高次级吞吐量，同时满足强加的干扰限制。我们首先分析了机会FDRS与残余自干扰（RSI）的性能，推导出精确的累积分布函数的端到端的信号与干扰加噪声比Nakagami-m衰落。我们还评估了提供的中继选择不同的全双工合作计划中存在/不存在的直接源-目的地链路的分集增益。当所采用的RSI链路增益模型是次线性的中继功率，这与最近的研究结果相一致，我们表明，显着的分集增益可以恢复，即使在存在干扰的直接链路。其次，我们评估端到端的FDRS的性能与干扰的限制，由于存在一个主接收机。最后，通过数值模拟验证了所提出的精确的理论结果。
2017-09-30 cs.IT math.IT
Generalized Optimal Two-way Relays Subsets Pairings in Cloud-based Region Cognitive Networks
随着5G通信技术的快速发展，提高通信可靠性是认知网络的重要研究需求之一。本文提出了一种基于云的认知网络双跳区域中继子集配对模型，该模型揭示了云协作网络中邻近区域的三个中继节点的特性：A子集，只需要接收第一跳; B子集，只需要接收转发; C子集，只需要转发。此外，当A、B和C子集被作为特殊选择值时，该广义模型可以转换为各种经典的中继选择算法[表II]。提出了提高通信可靠性的最小中断概率（OP）的最优中继子集配对和替换算法流程，并通过与其他常用中继选择方案的比较，证明了最优中继子集配对（A，B，C）能更好地保证通信可靠性。仿真结果表明，存在最优的继电器配对子集，与其他选择算法相比，该算法大大降低了OP。
2020-09-14 cs.DC cs.IT math.IT
Cognitive MIMO-RF/FSO Cooperative Relay Communication with Mobile Nodes and Imperfect Channel State Information
本文分析了一种基于认知无线电的解码转发混合多输入多输出（MIMO）射频/自由空间光（RF/FSO）协作中继系统的性能，该系统具有多个移动主、副用户节点。由于信道估计误差而引起的不完美信道状态信息（CSI）的影响也在次级用户发射机（SU-TX）处被考虑并且分别中继在功率控制和符号检测过程上。这项工作的一个独特的方面是，固定和成比例的干扰功率约束，以限制在主用户接收机（PU-RX）的干扰。分析结果得出上述系统的准确和渐近中断和误比特概率的特征节点的移动性和不完善的CSI的实际条件下，连同光信道的损伤，如路径损耗，大气湍流，和指向错误，每个SU-TX和中继之间的正交空时分组编码传输。最后，仿真结果产生各种有趣的见解系统的性能，如一个midamble与前导码的信道估计的好处。
2018-05-14 cs.IT math.IT
Decentralized Dynamic Hop Selection and Power Control in Cognitive Multi-hop Relay Systems
本文研究了一种认知多跳中继次用户系统，该系统与多个主用户共享频谱。在多跳SU系统中，认知中继的发射功率和跳数选择可以根据瞬时信道状态信息（CSI）的局部（和因果）知识进行动态自适应。我们将确定一个低复杂度，分散的算法，以最大限度地提高平均端到端的吞吐量的SU系统与动态空间重用。该问题是具有挑战性的，由于分散的需求，以及因果关系约束的知识CSI。此外，该问题属于随机网络效用最大化（NUM）问题，这是相当具有挑战性的。我们利用PU活动和CSI波动之间的时间尺度差异，并将问题分解为一个主问题和子问题。我们推导出一个渐近最优的低复杂度的解决方案，使用分治，并说明了显着的性能增益，可以通过动态跳数选择和功率控制。该算法的最坏情况复杂度和内存需求分别为O（M^2）和O（M^3），其中$M$是SU的数量。
2010-07-28 cs.IT math.IT
Stable Throughput of Cooperative Cognitive Networks with Energy Harvesting: Finite Relay Buffer and Finite Battery Capacity
研究了一种协作认知无线电网络的通用模型，其中次用户同时具有有限的中继队列和有限的电池队列。我们的主要目标是表征稳定的吞吐量区域。然而，这种系统的稳定吞吐量区域的完整表征是出了名的困难，因为计算的两个有限队列的二维马尔可夫链（MC）模型的稳态分布是非常复杂的。我们首先提出了一个算法来表征稳定的吞吐量区域的数值，并显示其纯粹的计算复杂性为大队列长度。为了提供易处理性和探索在认知节点的设计参数优化的性质，我们接下来集中在两个更简单的系统，即，有限电池队列与无限中继队列和有限中继队列与无限电池队列（以下分别称为主导系统$1$和$2$）。对于每个建议的主导系统，我们调查的最大服务率的认知节点的稳定性条件。尽管制定的优化问题的复杂性，由于其非凸性，我们利用问题的结构，将其转化为线性规划。因此，我们能够有效地解决他们使用标准的线性规划求解器。我们的数值结果表明，在实际系统中，有限的电池和中继队列实现相同水平的好处的系统具有无限的队列大小，当它们的大小足够大。他们还表明，当能量收集过程的到达率增加时，可实现的稳定吞吐量区域显着扩大。
2018-06-18 cs.IT math.IT
Achievable rate regions and outer bounds for a multi-pair bi-directional relay network
在双向中继信道中，一对节点希望在中继的帮助下在共享的无线半双工信道上交换独立的消息。最近的工作主要考虑了具有两个终端节点（或终端用户）和一个中继的双向中继信道的信息理论限制。在这项工作中，我们考虑一个基站，多个终端节点和一个中继，所有这些都在半双工模式下工作的双向中继。我们假设每个终端节点通过中继以双向方式与基站通信，并且不对用户、中继和基站之间的信道进行任何限制;也就是说，每个节点与每个其他节点都有直接链路。我们的贡献有三个方面：1）引入了四种新的时间协议，它们充分利用了数据的双向特性，并且通过仔细地组合网络编码、随机分箱和利用偷听和自身消息侧信息的用户协作，性能优于简单的路由或多跳通信方案，2）推导了离散无记忆多对双向网络容量域的内外界，以及3）在高斯噪声中对所获得的可达到速率区域和外边界的数值评估，其说明了所提出的协议与更简单的方案、彼此、外边界相比的性能，其突出了通过终端节点之间的网络编码、随机装仓和压缩转发型协作实现的相对增益。
2010-01-31 cs.IT math.IT
Resource Allocation and Outage Analysis for An Adaptive Cognitive Two-Way Relay Network
针对多中继认知无线电网络，研究了一种自适应双向中继协作机制，以提高二次传输性能。推导了仅需统计信道信息时，最小化二次中断概率的功率分配和中继选择方案。在主传输的服务质量服务质量以主中断概率为约束的条件下，推导出了次中断概率的精确闭式表达式。为了更好地理解主用户干扰对二次传输的影响，我们进一步研究了当主用户信噪比趋于无穷大时，二次中继网络的渐近行为，包括功率分配和中断概率。仿真结果说明了所提出的方案的性能。
2017-05-05 cs.IT cs.NI math.IT
On Optimal Spectrum Access of Cognitive Relay With Finite Packet Buffer
我们研究了认知无线电系统中，次用户（SU）中继主用户（PU）分组使用两阶段中继。SU在中继阶段利用分时传输自己的分组，并具有一定的接入概率。PU和SU具有有限容量的队列，这导致当队列满时的分组丢失。利用中继队列状态的知识，SU的目标是最大限度地提高其数据包吞吐量，同时保持PU的丢包率低于阈值。通过利用问题的结构，我们将其表示为一个线性规划，并找到SU的最优访问策略。我们还提出了低复杂度的次优接入策略，即恒定概率传输和步进传输。数值结果比较所提出的方法的性能和研究队列大小对分组吞吐量的影响。
2017-01-22 cs.IT cs.NI math.IT
Green Cognitive Relaying: Opportunistically Switching Between Data Transmission and Energy Harvesting
能源效率已经成为一种鼓励，而且更重要的是，它是设计下一代无线通信标准的必要条件。在目前的工作中，一个双跳认知（二次）中继系统被认为是，将多个放大和转发继电器，一个相当具有成本效益的解决方案。首先，辅助中继器感测无线信道，扫描主网络活动，然后将它们的报告传送到辅助基站（SBS）。之后，SBS基于这些报告和它自己的估计，协作地决定是否存在主传输。在前一种情况下，所有次级节点开始从主节点的传输中收获能量。在后一种情况下，系统通过最佳中继选择策略发起辅助通信。该系统的性能评估是彻底调查，通过假设现实的信道条件，即，不同的链路距离、瑞利衰落和过时的信道估计。检测和中断概率以及平均收获能量推导出新的封闭形式的表达式。此外，能源效率优化问题的解析公式化和解决，而在功耗最小化的必要条件，为每个次级节点。从绿色通信的角度来看，事实证明，能量收集极大地增强了次级节点的资源，特别是当主要活动密集时。
2016-06-09 cs.IT math.IT
Relay Assisted Underlay Cognitive Radio Networks with Multiple Users
在这封信中，我们考虑一个双跳解码和转发（DF）中继辅助的认知无线电网络。对于一般的多用户网络，我们采用了最大最小公平中继选择方案，并分析了中断概率时，信道受到独立和不同的Nakagami-m衰落。中继网络在对主接收机可容忍的峰值干扰功率施加的约束内操作。然后，我们分析了渐近中断概率性能，并说明了存在的i）全分集阶时，在主用户的干扰电平与中继发射功率成比例地增加;和ii）中断地板时，中继的发射功率受到限制的主接收机。我们还分析了不完美的信道状态信息（CSI）的中断概率和平均吞吐量在瑞利衰落信道。说明性的分析结果准确地验证了数值模拟。
2021-05-08 cs.IT eess.SP math.IT
Secondary Outage Analysis of Amplify-and-Forward Cognitive Relays with Direct Link and Primary Interference
使用认知中继是一种新兴的和有前途的解决方案，以克服频谱利用率不足的问题，同时实现空间分集。在本文中，我们进行了中断分析的二次系统与放大转发中继在频谱共享的情况下，其中一个二次发射机通过直接链路以及最好的中继通信的次要目的地。具体来说，在峰值功率约束下，我们推导出一个封闭形式的表达式的二次中断概率提供的主要中断概率保持低于预定义的值。我们还考虑了主干扰对二次中断性能的影响。最后，我们通过仿真结果验证了分析。
2015-02-07 cs.IT cs.NI math.IT
Capacity of Strong and Very Strong Gaussian Interference Relay-without-delay Channels
本文研究了无延迟干扰中继信道，它是一种有中继辅助通信的干扰信道。我们假设中继的发送符号不仅取决于其过去接收的符号，但也取决于其当前接收的符号，这是一个适当的模型，用于研究放大和转发型中继时，整体延迟扩展远小于带宽的倒数。对于离散无记忆干扰中继无延迟信道，我们使用基因辅助外界给出了一个外界。针对高斯干扰无延迟中继信道，定义了强干扰和极强干扰无延迟中继信道，提出了一种基于瞬时放大转发（AF）中继的可实现方案。我们还提出了两个外边界的强和非常强的情况下。利用所提出的可实现方案和外部边界，我们表明，我们的计划可以实现的容量时，中继的发射功率大于一定的阈值。这是令人惊讶的，因为传统的AF中继通常只是渐近最优的，而不是完全最优的。由于其最优性和简单性，该方案在许多实际情况下都是有用的。
2011-08-14 cs.IT math.IT
Destination-aided Wireless Power Transfer in Energy-limited Cognitive Relay Systems
本文考虑了一种能量受限的认知中继网络，其中辅助发射机（ST）协助将业务从主发射机（PT）转发到主接收机（PR），以换取在相同频率上为自己的辅助接收机（SR）提供服务。多天线ST被假定为是能量受限的，并且由来自源（PT）的信息流和来自目的地（PR和SR）的专用能量流两者供电，这被称为目的地辅助无线功率传输（DWPT）方案。然后，在能量因果约束和满足主用户速率需求的约束下，联合设计中继处理矩阵、认知波束形成向量和功率分配器，使次用户速率最大化.对于理想信道信息状态（CSI）情况，采用半定松弛（SDR）技术和Charnes-Cooper变换，给出了全局最优解。为了降低复杂度，矩阵分解，迫零（ZF）计划，和对偶方法联合使用，以获得一个次优的解决方案。对于不完美CSI情形，利用S-过程将最坏鲁棒问题转化为一个易处理的半定规划问题。仿真结果表明，当ST接近PR/SR时，我们提出的DWPT方案对于完美和不完美的CSI情况都是非常优选的。
2016-08-27 cs.IT math.IT
A Novel Relay-Aided Transmission Scheme in Cognitive Radio Networks
在认知无线电网络中，当主传输上引起的干扰有限时，允许未授权的次用户与授权的主用户共享频谱。在本文中，我们提出了一种新的协作传输方案的认知无线电网络中的中继节点是能够帮助的主要和次要的传输。我们推导出精确的封闭形式和上限表达式的条件下的主要和次要的中断概率在瑞利衰落信道。此外，我们提出了一个简单的功率分配算法。最后，使用数值评估和仿真结果，我们展示了我们的合作传输方案在提高二次中断概率，而不损害主要的潜力。
2011-09-13 cs.IT cs.NI math.IT
Optimal Relaying Beamforming in Multiple Access Broadcast Channel (MABC) Bidirectional Cognitive Radio Networks in Presence of Interferers
在本文中，一般的认知无线电系统由一组用户具有不同的频谱接入水平，包括两个主收发机和几种类型的次用户被认为是。假设两个次用户基于MIMO模型在相同的频率带宽下操作，并且与基于多址广播信道（MABC）双向波束成形方案的主用户同时操作。其他次要用户向主要用户提供中继服务，以换取在通信周期的固定部分内向其自己的目的地发送其消息的机会。此外，假设一些干扰器在通信周期期间是活动的并且对网络造成干扰。此外，假设只有部分信道状态信息（CSI）之间的干扰和网络中的其他节点是可用的。我们提供了一种鲁棒的优化方法，以最大化联合的主要和次要的{信号干扰噪声比（SINR）}的假设有限的可用功率在次要中继的缺陷上的中继器的CSI。在次级中继节点处采用放大转发（AF）中继策略，利用二阶凸规划（SOCP）方法获得最优波束形成。仿真结果表明，所提出的波束形成方法的性能对干扰的存在，并证明了我们的鲁棒性的方法对干扰的CSI知识的不确定性的有效性。
2018-09-07 cs.IT math.IT
Outer Bounds for the Capacity Region of a Gaussian Two-way Relay Channel
我们考虑一个三节点半双工高斯中继网络，其中两个节点（比如说$a$，$b$）希望相互通信，第三个节点充当这种双向通信的中继。研究了双向通信中可能的速率对$(R_a, R_b)$的外边界和可达速率区域。半双工节点的模式（发送或接收）一起指定网络的状态。中继协议使用特定的状态序列和每个状态的编码方案。在本文中，我们首先得到了一个外界的速率区域的所有可实现的$(R_a,R_b)$的基础上半双工割集界。这个外边界可以通过求解线性规划来数值计算。证明了在外部边界的边界上的任何点上，仅使用网络的六个状态中的四个。然后，我们将其与各种已知协议的可实现速率区域进行比较。我们考虑两种协议：（1）在一个状态下发送的所有消息都用同一状态下接收到的信号进行解码的协议，以及（2）在一个状态下接收到的信息也可以存储并用作辅助信息来解码未来状态下的消息的协议。各种结论得出的重要性，使用所有的国家，使用边信息，并选择在继电器的处理。然后，两个分析外边界（相对于一个优化问题配方）推导。使用分析的外界，我们得到的对称容量在0.5比特的一些信道条件下，节点a和b之间的直接链接是弱的。
2012-10-08 cs.IT math.IT
Dynamic Decentralized Algorithms for Cognitive Radio Relay Networks
提出了一种适用于多主用户和多次用户的认知无线电中继网络的分布式频谱接入算法。所提出的算法背后的关键思想是PU与SU协商货币补偿的量以及SU（i）被允许的频谱接入或（ii）协作中继PU的数据的时间量，使得PU和SU的最小速率要求都得到满足。该算法被证明是灵活的优先级的主要或次要用户。我们证明了该算法将导致最好的稳定匹配，是弱帕累托最优。数值分析还表明，分布式算法可以实现的性能相比，一个最佳的集中式解决方案，但显着更少的开销和复杂性。
2013-07-03 cs.IT cs.NI math.IT
Optimal Linear Transceiver Designs for Cognitive Two-Way Relay Networks
本文研究了一种协作认知无线电网络，其中两个主用户（PU）交换信息的辅助用户（SU），这是配备了多个天线的帮助下，作为回报，SU叠加自己的消息随着主传输。在所考虑的网络中的基本问题是在次级节点的传输策略的设计。它涉及三个基本要素：第一，如何划分用于中继主信号和用于发送辅信号的功率;第二，应该使用什么双向中继策略来辅助两个PU之间的双向通信;第三，如何联合设计主发送预编码器和辅发送预编码器。这项工作的目的是解决这个问题，提出了一个传输框架，最大限度地提高可实现的SU的速率，同时保持两个PU的速率要求。三个著名的和实用的双向中继策略被认为是：放大和转发（AF），基于比特级XOR的解码和转发（DF-XOR）和基于符号级叠加编码的DF（DF-XOR）。对于每一种中继策略，虽然设计问题是非凸的，我们找到了最佳的解决方案，通过使用一定的转换技术和优化工具，如半定规划（SDP）和二阶锥规划（SOCP）。在一定的条件下，也得到了封闭解。仿真结果表明，当两个处理单元的速率要求对称时，通过采用DF-XOR策略并应用所提出的最优预编码，SU需要的中继功率最小，从而保留了最多的功率来传输自己的信号。另一方面，在非对称场景中，具有相应的最佳预编码的DF-MIMO策略是最好的。
2012-10-21 cs.IT math.IT
Wireless-Powered Communication Assisted by Two-Way Relay with Interference Alignment Underlaying Cognitive Radio Network
本文针对MIMO认知无线电网络中无线供电次级系统，提出结合功率分割、双向DF中继和基于MMSE的干扰对齐的两步设计方法，以最小化中断概率，仿真显示中断概率平均降低超过两个数量级。
2023-09-16 cs.IT math.IT
On the Capacity Region of Broadcast Packet Erasure Relay Networks With Feedback
我们推导出一个新的外边界上的容量区域的广播业务在多个输入广播包擦除信道的反馈，并将此外边界的包擦除中继网络的反馈。我们展示了各类网络的外部边界的紧密性。这项工作的一个重要的工程意义是，对于并行广播信道的网络编码方案，“异或”分组应发送相关的广播子信道。
2019-05-16 cs.IT math.IT
Spectrum Sharing-based Multi-hop Decode-and-Forward Relay Networks under Interference Constraints: Performance Analysis and Relay Position Optimization
推导了非一致瑞利衰落信道下基于频谱共享的多跳解码转发（DF）中继网络的中断概率和误比特率出错率的精确闭式表达式。我们还提供了系统各态历经容量的近似封闭形式表达式。利用这些易于处理的解析公式，我们可以研究关键网络参数对认知多跳中继网络在干扰约束下的性能的影响。利用线性网络模型，通过数值求解平衡每跳平均信噪比的优化问题，得到了一个最优中继位置方案。数值结果表明，最佳方案导致SNR性能增益超过1 dB。所有的解析表达式都通过Monte-Carlo仿真验证了多跳DF中继网络在认知环境中的优势。
2013-01-03 cs.IT math.IT
Power Control and Relay Selection in Full-Duplex Cognitive Relay Networks: Coherent versus Non-coherent Scenarios
该文研究了全双工认知中继网络中的功率控制和中继选择问题，其中次用户中继可以同时接收和转发来自次用户源的信号。我们研究非连贯和连贯的场景。在非相干情况下，SU中继器转发来自SU源的信号而不调节相位，而在相干情况下，SU中继器在转发信号时调节相位以最小化主用户（PU）接收器处的干扰。我们考虑的问题，最大限度地提高传输速率从SU源到SU目的地的干扰约束在PU接收机和功率约束在SU源和SU中继。我们开发低复杂度和高性能的联合功率控制和中继选择算法。所提出的算法的优越性能进行了确认，使用广泛的数值评估。特别是，我们证明了在SU继电器（即，相干机制相对于非相干机制的增益）。
2017-03-04 cs.IT cs.NI math.IT
How Much Rate Splitting Is Required for a Random Coding Scheme? A new Achievable Rate Region for the Broadcast Channel with Cognitive Relays
在本文中，它表明，对于任何给定的单跳通信网络与两个接收机，分裂成两个以上的子消息的随机编码方案的消息是多余的。为此，考虑具有认知中继的广播信道（BCCR）。针对该网络设计了一种新的可扩展性方案。我们的可扩展性设计是由一个系统的组合，最知名的可扩展性计划的基本组成部分，包括在网络中：汉小林计划的两个用户干扰信道和广播信道的马顿编码方案。同时，在我们的计划中，每个私人消息被分成只有两个子消息，这是同样利用在汉小林计划。结果表明，所得到的可达到的速率区域包括以前的结果以及。更重要的是，通过基于有向图的图解说明了可互换性设计的过程。然后，有人认为，通过扩展所提出的计划的MACCM计划的消息，可以得到类似的可扩展性计划的任何其他单跳通信网络。
2013-02-07 cs.IT math.IT
Relay Broadcast Channel with Confidential Messages
我们研究的影响，额外的中继节点上的广播信道的保密性考虑模型的中继广播信道的机密消息。我们表明，这个额外的中继节点可以增加可实现的保密率区域的广播信道的机密消息。更具体地说，首先，我们研究了离散无记忆中继广播信道与两个机密消息和一个共同的消息。提供了三个内边界（相对于解码转发，广义噪声转发和压缩转发策略）和容量模糊区域上的外边界。其次，我们研究了具有两个机密信息的离散无记忆中继广播信道。提供了容量模糊区域的内边界和外边界。最后，我们研究了具有一个秘密信息和一个公共信息的离散无记忆中继广播信道。给出了容量模糊区域的内、外边界，并通过一个高斯分布的例子进一步解释了结果。通过与Csiszar-Korner在带秘密消息的广播信道（BCC）上的工作进行比较，我们发现在中继节点的帮助下，高斯BCC的保密容量域得到了增强。
2015-12-08 cs.IT math.IT
Energy-Efficient Spectrum Sharing in Relay-Assisted Cognitive Radio Systems
这项工作的特点是一个重要的解决方案的概念相关的频谱游戏。两个与其各自目的地通信的节能源通过定价机制竞争由对所使用的带宽收费的中继带来的额外信道。这个游戏被证明拥有一个独特的纳什讨价还价的解决方案，利用分时参数。这种帕累托有效的解决方案可以通过使用分布式优化算法来实现，其中每个发射机使用简单的梯度型算法并交替地更新其频谱共享策略。典型的数值结果表明，在何种程度上可以提高频谱效率的系统中，涉及自私的节能源。
2013-01-28 cs.GT cs.IT math.IT
Cooperative Cognitive Relaying with Ordered Cognitive Multiple Access
我们研究了一个认知无线电系统与两个次用户谁可以与主用户在中继其数据包的主接收机合作。除了它自己的队列之外，每个次要用户都有一个队列来保存没有被主要接收者正确接收的主要数据包。次要用户以一定的概率接受未接收的主要数据包，如果两个队列都非空，则从它们的队列中随机发送。这些概率被优化以扩展系统的最大稳定吞吐量区域。此外，我们建议一个次要的多址接入方案，其中一个次要用户感测信道从时隙的开始$τ$秒，如果发现信道是空闲的，则发送。另一次用户在时间段$[0,2τ]$内感测信道以检测主用户和排名第一的次用户的可能活动。如果可能，它在从时隙开始的$2τ$秒之后开始发送。它通过增加其传输速率来补偿延迟的传输，使得它在时隙期间仍然传输一个分组。我们展示了这种有序系统比传统随机接入系统的潜在优势。我们还展示了合作的好处，在提高网络的吞吐量。
2012-08-28 cs.IT cs.NI math.IT
Rate Regions for Relay Broadcast Channels
部分协作中继广播信道（RBC）是具有一个源节点和两个目的地节点（目的地1和2）的三节点网络，其中目的地1可以充当中继以帮助目的地2。得到了离散无记忆部分合作RBC容量区域的内、外界。当中继功能被禁用时，内界和外界减少到广播信道的容量区域上的新边界。四类红细胞进行了详细研究。对于具有退化消息集的部分合作RBC，得到了其内界和外界。对于半确定部分合作RBC和正交部分合作RBC，建立了容量域。对于具有非匹配降级子信道的并行部分协作RBC，建立了降级消息集情况下的容量域。当源节点仅具有用于目的地2的私有消息时也建立容量，即，信道减少到具有不匹配的降级子信道的并行中继信道。
2006-06-15 cs.IT math.IT
On the Achievable Rate Regions for a Class of Cognitive Radio Channels: Interference Channel with Degraded Message Sets with Unidirectional Destination Cooperation
本文研究了认知无线电信道中单向目的地协作所带来的容量增益。我们提出了一种新的信道，干扰信道与降级的消息集与单向目的地合作（IC-DMS-UDC），允许认知无线电的接收机（次要用户）参与中继的信息为主系统（合法用户）。我们的主要结果是开发了一个可实现的速率区域，它结合了凝胶的fand-Pinkser编码与部分解码和转发策略中采用的中继信道。在高斯的情况下，该区域的数值评估也提供了证明的改进。
2010-08-05 cs.IT math.IT
Partial Decode-Forward Binning Schemes for the Causal Cognitive Relay Channels
因果认知中继信道（CRC）具有两个发送者-接收者对，其中第二发送者从第一发送者因果地获得信息并辅助两个发送者的传输。在本文中，我们研究了全双工和半双工模式。在每一种模式下，我们提出了两个新的编码方案相继建立在另一个说明不同的编码技术的影响。第一种方案称为部分解码前向装仓（PDF-binning），其结合了部分解码前向中继和Gelfand-Pinsker装仓的思想。第二种方案称为Han-Kobayashi部分解码-前向合并（HK-PDF-binning），其通过进一步的分裂率和应用叠加编码、条件合并和松弛联合解码将PDF合并与Han-Kobayashi编码相结合。在这两种方案中，第二发送方解码来自第一发送方的消息的一部分，然后使用Gelfand-Pinsker分箱技术对解码的码字进行分箱，但是以允许状态无效和转发的方式。对于高斯信道，这种PDF分箱本质上是发射信号与分箱状态之间的相关性，其包含传统的脏纸编码分箱作为该相关因子为零时的特殊情况。我们还提供了封闭形式的最佳装箱参数为每个方案。两阶段半双工方案通过去除块马尔可夫编码、在不同阶段发送不同的消息部分以及在两个阶段应用联合解码而从全双工方案适应。分析表明，在这两种模式下的HK-PDF-binning方案涵盖了Han-Kobayashi速率区域，并实现了第一发送方的部分解码转发中继速率和第二发送方的无干扰速率。此外，该方案优于所有现…
2011-12-07 cs.IT math.IT
Power Allocation for Full-Duplex Relay Selection in Underlay Cognitive Radio Networks: Coherent versus Non-Coherent Scenarios
研究了全双工认知中继网络（FDCRNs）中的功率控制和中继选择问题，其中次用户（SU）中继可以同时接收来自SU源的数据并将其转发到SU目的地。我们研究非连贯和连贯的场景。在非相干情况下，SU中继转发来自SU源的信号而不调节相位;而在相干情况下，SU中继在转发信号时调节相位以最小化主用户（PU）接收器处的干扰。我们考虑的问题，最大限度地提高传输速率从SU源到SU目的地的干扰约束在PU接收机和功率约束在SU源和SU中继。然后，我们开发了一个数学模型来分析的数据率性能的FDCRN考虑在FD中继的自干扰效应。我们开发低复杂度和高性能的联合功率控制和中继选择算法。大量的数值结果来说明功率电平参数和自干扰消除质量的速率性能的影响。此外，我们证明了在SU继电器的相位调节的显着增益。
2017-03-04 cs.IT cs.NI math.IT
