Performance of a Free Space Optical Relay-Assisted Hybrid RF/FSO System in Generalized M-Distributed Channels
研究了同时依赖于射频（RF）和自由空间光（FSO）链路的双跳混合中继系统的平均符号出错率（ASER）性能。具体地，RF链路用于支持移动通信，而FSO链路被采用作为蜂窝基础设施的回程。考虑非视距（NLoS）射频传输和广义大气湍流（AT）信道，推导了由精确矩母函数（MGF）和渐近矩母函数（MGF）组成的相关统计特征的封闭形式.然后将它们用于计算M进制相移键控（PSK）、差分编码非相干PSK（DPSK）和非相干频移键控（FSK）的ASER。一系列的额外的渐近表达式也推导出所有的调制方案下的高信号噪声比（SNR）。从渐近分析中可以观察到，在使用固定中继增益的混合中继系统中，所有调制方案的ASER由RF链路的平均SNR支配，而在使用动态信道相关中继增益的中继系统中，所有调制方案的ASER都依赖于FSO路径的平均SNR和AT条件，我们还发现固定的增益中继策略实现了信道相关中继策略的分集阶数的两倍，尽管代价是在中继节点处需要高功率放大器（PA）动态范围。此外，通过比较渐近ASER，我们计算了固定增益和信道相关中继系统中不同调制方案之间的SNR差异。最后，仿真结果证实了我们的表达式和观察的准确性。
2015-08-25 cs.IT math.IT
Channel Quantization for Physical Layer Network-Coded Two-Way Relaying
针对物理层网络编码双向中继场景，考虑了采用两个阶段的协议的调制方案的设计：多址（MA）阶段和广播（BC）阶段。Koike-Akino等人观察到，根据信道条件自适应地改变在中继器处使用的网络编码映射大大降低了在MA阶段期间在中继器处发生的多址干扰的影响。换句话说，所有可能的信道实现的集合（复平面）被量化为有限数量的区域，其中特定的网络编码映射在特定区域中给出最佳性能。我们强调的问题与小池秋野等人提出的方案，并提出了一个方案，解决了这些问题。当$M$ -PSK（对于$M$ 2的任意幂）是MA阶段期间使用的信号集时，我们分析地获得所有可能的信道实现的集合的量化。结果表明，复平面可以分为两个区域：一个区域中，任何网络编码映射，满足所谓的排他性法律，给出了相同的最佳性能和一个区域中，网络编码映射的选择影响的性能，这是进一步量化的基础上选择的网络编码映射，优化性能。由此解析地获得的量化导致与使用计算机搜索Koike-Akino等人设置的4-PSK信号所获得的量化相同，当专用于$M=4.$时
2011-11-16 cs.IT math.IT
Error Probability of OSTB Codes and Capacity Analysis with Antenna Selection over Single-Antenna AF Relay Channels
本文研究了在放大转发中继信道中，源端和目的端多天线，中继节点单天线的正交空时分组码（OSTBC）的符号出错率（SER）和比特出错率（BER）及其可达容量。考虑的是接收天线选择，发射天线选择，以及在发射机和接收机两者处的联合天线选择。利用矩生成函数（MGF）得到了M-PSK和平方M-QAM星座的OSTBC的精确SER。此外，我们分析了可实现的容量在这样的信道假设天线选择是在源和中继节点。我们表明，少量的选定的天线可以实现的系统中，没有信道状态信息（CSI）是在源和中继节点的容量。
2012-08-13 cs.IT cs.NI math.IT
The compute-and-forward (CAF) scheme has attracted great interests due to its high band-width efficiency on two-way relay channels. In the CAF scheme, a relay attempts to decode a linear combination of transmitted messages from other terminals or relays. It is a crucial issue to study practical error-correcting codes in order to realize the CAF scheme with low computational complexity. In this paper, we present an efficient bit-interleaved coded modulation (BICM) scheme for the CAF scheme with phase shift keying (PSK) modulations. In particular, we examine the asymptotic decoding performance o…
2019-01-16 cs.IT math.IT
The MIMO Wireless Switch: Relaying Can Increase the Multiplexing Gain
本文考虑了一个干扰网络组成的K个半双工单天线对的用户谁希望建立一个多输入多输出（MIMO）半双工中继节点的帮助下，双向通信。该信道被称为“MIMO无线交换机”，因为为了简单起见，我们的模型假设每对的两个端节点之间没有直接链路，这意味着所有通信必须通过中继节点（即，MIMO开关）。假设一个延迟有限的情况下，在高信噪比（SNR）制度的基本限制进行了分析，使用分集复用权衡（DMT）框架。我们的研究结果揭示了最优传输方案的结构和中继节点在两种不同情况下提供的增益，即互惠和非互惠信道（中继和最终用户之间）。特别是，中继节点的存在，配备了足够数量的天线，示出增加的复用增益，与传统的完全连接的K对干扰信道相比。据我们所知，这是第一个已知的例子，其中添加一个中继节点的结果，在扩大的前对数因子的和速率。此外，对于互易信道的情况下，它表明，当中继的天线数至少等于所有用户的天线的总和，静态时间分配的解码和转发（DF）型方案是最优的。另一方面，在非互易场景中，我们建立了动态解码和转发在某些相关场景中的最优性。
2009-01-16 cs.IT math.IT
Wireless Network-Coded Three-Way Relaying Using Latin Cubes
考虑了物理层网络编码的三路无线中继场景的调制方案的设计。该协议采用两个阶段：多址（MA）阶段和广播（BC）阶段，每个阶段使用一个信道。对于双向中继场景，Koike-Akino等人在\cite{KPT}中观察到，根据信道条件自适应地改变在中继站处使用的网络编码映射极大地降低了在MA阶段期间在中继站处发生的多址干扰的影响，并且所有这些网络编码映射应当满足称为\textit{exclusive law}的要求。本文对三路中继方案进行了等效。我们表明，当三个用户从相同的4-PSK星座发送点，每个这样的网络编码映射，满足排他定律可以表示为一个拉丁立方体的二阶。明确地获得由中继用于BC阶段的网络代码图，并且其目的在于减少在MA阶段的干扰的影响。
2012-03-29 cs.IT math.IT
Exact Cramer-Rao Bounds for Semi-blind Channel Estimation in Amplify-and-Forward Two-Way Relay Networks
本文首次推导了放大转发双向中继网络半盲信道估计的克拉美-罗界。边界覆盖了满足一定对称条件的各种调制方案。特别是，PSK和平方QAM的重要类被覆盖。对于平方QAM的情况下，我们还提供了简化的表达式，更容易提供数值实现。导出的界限被用来表明，半盲的方法，它利用了发送的导频和发送的数据符号，可以提供基于训练的方法，只使用导频符号来估计信道参数的估计精度的实质性改善。我们还推导出更易处理的修改CRB，它准确地近似准确的CRB在高信噪比低调制阶数。
2012-07-23 cs.IT math.IT
EM-based Semi-blind Channel Estimation in AF Two-Way Relay Networks
提出了一种基于期望最大化的放大转发双向中继网络互易信道半盲信道估计算法。通过将数据样本和导频两者结合到估计中，所提出的算法提供了比传统的基于训练的方法高得多的精度。此外，该算法每次迭代具有线性的计算复杂性，并在少量迭代后收敛。
2013-04-24 cs.IT math.IT stat.OT
Optimal Relay Functionality for SNR Maximization in Memoryless Relay Networks
我们探讨了SNR最优中继功能在\emph{memoryless}中继网络，即网络中，在每个信道使用期间，由中继发送的信号仅取决于在该中继的最后接收到的符号。我们开发了一个广义的概念SNR的类的无记忆中继功能。广义信噪比优化问题的解决方案导致了新的最小均方不相关误差估计（MMSUEE）的概念。对于一个单一的继电器的基本情况下，我们表明，MMSUEE是SNR最佳的无记忆中继功能，无论源和中继发射功率，和调制方案。这个计划，我们称之为估计和转发（EF），也被证明是SNR最佳的PSK调制在一个并行的中继网络。我们证明，EF性能优于最好的放大和转发（AF）和解调和转发（DF），在并行和串行中继网络。我们还确定，AF是接近最佳的低发射功率在并行网络中，而DF是接近最佳的高发射功率在串行网络中。对于包含串行和并行元素的混合网络，并且当期望鲁棒性能时，发现EF优于AF和DF的优点是显著的。提供错误概率来证实通过SNR最优性获得的性能增益。我们还表明，对于\emph{Gaussian}输入，AF，DF和EF变得相同。
2006-07-05 cs.IT math.IT
A Trellis Coded Modulation Scheme for the Fading Relay Channel
针对瑞利衰落环境下的半双工中继信道，提出了一种基于译码转发协议的网格编码调制（TCM）方案。所提出的方案可以实现大于或等于每信道使用一比特（bpcu）的任何频谱效率。提出了一种用于建议TCM方案的近ML解码器。结果表明，这种近ML解码器的高信噪比性能接近最佳ML解码器的性能。这种近ML解码器的高SNR性能与源-中继链路的强度无关，并且接近具有理想源-中继链路的最佳ML解码器的性能。基于导出的成对错误概率（PEP）界，设计准则，以最大限度地提高分集和编码增益。仿真结果表明，所提出的TCM方案的SNR比未编码的通信以及直接传输没有中继有很大的增益。此外，它示出，即使对于未编码的传输方案，在源和中继使用的标签方案（从比特映射到复杂的符号）的选择显着影响BER与SNR性能。我们为$2^l$ -PSK信号集提供了一个很好的标记方案，其中$l\geq 2$是一个整数。
2011-09-05 cs.IT math.IT
Secrecy Rate Study in Two-Hop Relay Channel with Finite Constellations
在无线环境下，带窃听者的两跳安全通信是一个热门的研究方向。其基本思想是，目的地，同时与源，发送一个干扰信号，干扰窃听附近或与中继共处一处。与物理层网络编码类似，友好干扰信号将阻止窃听者检测源自源的有用信息，并且在已知干扰信号存在的情况下不会影响目的地检测源信息。然而，现有的研究仅限于高斯分布的信号，这是很少在实际系统中使用。当应用有限星座信号时，保密率的行为变得非常不同。例如，保密率取决于具有有限星座的输入信号之间的相位差，这在高斯信号中是观察不到的。在本文中，我们研究了两跳中继模型的保密容量，并推导出其上限，通过假设一个窃听器附近的中继和广泛使用的M-PSK调制。在此基础上，给出了高信噪比区的最佳相位差和最差相位差。数值研究验证了我们的分析，并表明导出的上限是比较紧的。
2013-10-02 cs.IT math.IT
Wireless Network-Coded Four-Way Relaying Using Latin Hyper-Cubes
本文讨论了四路无线中继场景下的物理层网络编码，其中四个节点A，B，C和D希望在中继节点R的帮助下将其消息传递到所有其他节点。本文给出的方案是基于Popovski等人提出的去噪转发方案。为了使信道使用次数最少，该协议采用两个阶段：多址接入（MA）阶段和广播（BC）阶段，每个阶段使用一个信道。本文对四路中继场景进行了等效，就像Koike Akino等人对双向中继场景所做的那样，对于[3]中的三路中继情形，据观察，根据信道条件自适应地改变中继器处使用的网络编码映射大大降低了在MA阶段期间中继器处发生的多址干扰的影响。这些网络编码映射是这样选择的，使得它们满足称为排他定律的要求。我们证明了当四个用户从同一个M-PSK星座发送点时，每个满足互斥律的网络编码图都可以用一个M边的4重拉丁超立方体来表示。明确地获得由中继用于BC阶段的网络代码图，并且其目的在于减少在MA阶段的干扰的影响。
2012-10-15 cs.IT math.IT
Wireless Network-Coded Accumulate-Compute and Forward Two-Way Relaying
考虑了物理层网络编码双向无线中继场景的调制方案的设计。Koike-Akino等人观察到，对于双向中继场景，根据信道条件自适应地改变在中继处使用的网络编码映射极大地减少了在MA阶段期间在中继处发生的多址干扰的影响，并且所有这些网络编码映射应满足称为排他性定律的要求。我们将这种方法扩展到一个累积计算和转发协议，它采用两个阶段：多址接入（MA）阶段，包括两个信道使用独立的消息，在每个信道使用，和广播（BC）阶段有一个信道使用。假设两个用户从相同的4-PSK星座发送点，则每个这样的满足互斥律的网络编码图可以由边长为16的拉丁方表示，反之，可以利用这种关系来得到满足互斥律的网络编码图。两种方法获得此网络编码映射在中继使用进行了讨论。使用拉丁方的结构属性为一组给定的参数，找到所有需要的地图的问题减少到找到一个小的地图集。在获得所有拉丁方之后，根据所获得的拉丁方中的哪一个优化性能，量化所有可能的信道实现的集合。由此获得的量化被示出为与在[7]中针对2级双向中继获得的量化相同。
2012-01-04 cs.IT math.IT
On Design of Collaborative Beamforming for Two-Way Relay Networks
我们考虑一个双向中继网络，其中两个源节点，S1和S2，通过中继节点的集群交换信息。中继节点在第一时隙中接收来自S1和S2的和信号。在第二时隙中，每个中继节点将其接收到的信号乘以复系数，并将信号重传到两个源节点，这导致协作双向波束成形系统。通过应用模拟网络编码的原理，S1和S2处的每个接收机消除来自中继集群的接收信号中的“自干扰”，并对消息进行解码。本文研究了具有协作波束形成的双向中继网络的二维可达速率域。在源-中继和中继-源信道之间的信道互易性的不同假设下，可达速率区域的特征在于两种设置。首先，与互易信道，我们调查的可达速率区域时，中继集群是受总功率约束或个人功率约束。我们表明，从解决加权和逆SNR最小化（WSISMin）问题获得的最佳波束形成向量是足够的特征，相应的可实现的速率区域。此外，我们推导出这些最佳波束形成向量的封闭形式的解决方案，从而提出了部分分布式算法来实现最佳波束形成，其中每个中继节点只需要本地信道信息和一个全局参数。其次，与非互易信道，可实现的速率区域的特点也为总功率约束的情况下和单独的功率约束的情况下。虽然没有封闭形式的解决方案，在此设置下，我们提出了有效的数值算法。
2010-10-24 cs.IT math.IT
Distributed Space Time Coding for Wireless Two-way Relaying
我们考虑无线双向中继信道，其中双向数据传输发生在端节点之间的中继的帮助下。对于Denoise-And-Forward（DNF）协议，Koike-Akino et.自适应地改变在中继站处使用的网络编码映射极大地降低了中继站处的多址干扰的影响。通过在中继节点处适当选择这些网络编码映射，可以有效地减轻深信道衰落条件的有害影响。另外，在本文中，我们提出了一种分布式空时编码（DSTC）方案，它有效地消除了大部分的深衰落信道条件在发送节点本身没有任何CSIT，也没有任何需要自适应地改变网络编码映射在中继。当信道衰落系数向量落在$\mathbb{C}^2$的有限个向量子空间（称为奇异衰落子空间）中时，会发生深度衰落. DSTC设计准则称为\textit{singularity minimization criterion}下，这种向量子空间的数量是最小的。此外，一个标准，以最大化的DSTC的编码增益得到。针对QAM和PSK信号集，给出了满足奇异性最小化准则和最大化编码增益的显式低解码复杂度DSTC设计。仿真结果表明，在高信噪比下，DSTC方案提供了很大的增益时，与传统的异或网络编码，性能略优于自适应网络编码方案提出的小池Akino等。al.
2012-05-19 cs.IT math.IT
On Design of Distributed Beamforming for Two-Way Relay Networks
我们考虑一个双向中继网络，其中两个源节点，S1和S2，通过中继节点的集群交换信息。中继节点在第一时隙中接收来自S1和S2的和信号。在第二时隙中，每个中继节点将其接收到的信号乘以复系数，并将信号重传到两个源节点，这导致分布式双向波束成形系统。通过应用模拟网络编码的原理，S1和S2处的每个接收机消除来自中继集群的接收信号中的“自干扰”，并对消息进行解码。本文研究了具有分布式波束形成的双向中继网络的二维可达速率域。在源-中继和中继-源信道之间的信道互易性的不同假设下，可达速率区域的特征在于两种设置。首先，与互易信道，我们调查的可达速率区域时，中继集群是受总功率约束或个人功率约束。我们表明，从解决加权和逆SNR最小化（WSISMin）问题获得的最佳波束形成向量是足够的特征，相应的可实现的速率区域。此外，我们推导出这些最佳波束形成向量的封闭形式的解决方案，从而提出了部分分布式算法来实现最佳波束形成，其中每个中继节点只需要本地信道信息和一个全局参数。其次，与非互易信道，可实现的速率区域的特点也为总功率约束的情况下和单独的功率约束的情况下。虽然没有封闭形式的解决方案，在此设置下，我们提出了有效的算法来计算最佳波束形成向量，这是通过解决SDP问题后，半定松弛。
2010-05-11 cs.IT math.IT
The Deterministic Capacity of Relay Networks with Relay Private Messages
研究了一个确定性4节点网络的容量域，其中3个节点只能通过第4个节点进行通信。然而，第四节点不仅仅是中继，因为它可以与所有其他节点交换私有消息。这种情况类似于基站在用户之间中继消息并在骨干系统和用户之间传递消息的情况。我们假设一个不对称的情况下，任何两个节点之间的信道是不可逆的。首先，基于单边精灵的概念，得到了容量域的上界。随后，我们构建了一个可实现的方案，实现这个上限使用的叠加广播节点4的消息和可实现的“绕道”计划减少3用户中继网络。
2013-08-08 cs.IT math.IT
Wireless Network-Coded Multi-Way Relaying Using Latin Hyper-Cubes
处理用于$n$路无线中继场景的物理层网络编码，其中每个$n$用户节点$X_1,$ $X_2,...,X_n$希望在中继节点R的帮助下将其消息传送到所有其他$(n-1)$节点。该方案基于Popovski等人在\cite{PoY1}中提出的双向中继的去噪转发方案，采用两个阶段：多址（MA）阶段和广播（BC）阶段，每个阶段利用一个信道使用，因此总共使用两个信道。针对\cite{KPT}中的双向中继场景、\cite{SVR}中的三向中继场景以及\cite{ShR}中的四向中继场景，使用去噪转发方案进行了物理层网络编码。本文采用去噪转发方案的物理层网络编码的$n$路中继的情况下说明的情况下，$n = 5$的帮助下，没有处理到目前为止。据观察，根据信道条件自适应地改变在中继器处使用的网络编码映射减少了在MA阶段期间在中继器处发生的多址干扰的影响。选择这些网络编码映射，使得它们满足称为\textit{exclusive law}的要求。我们证明了当$n$用户从同一个$M$-PSK $(M=2^λ)$星座发送点时，每个满足互斥律的网络编码图都可以用一个$M$的$n$折叠拉丁超立方体来表示.奇异的衰落子空间产生的计划进行了描述和枚举的$n$和$M$的一般值，并根据其在给定的情况下的可移除性进行分类。获得了中继器用于BC阶段的网络代码图，目的是减少MA阶段的干扰影响。
2013-03-01 cs.IT math.IT
Symbol Error Rate of Space-Time Network Coding in Nakagami-m Fading
本文分析了在独立但不一定同分布（i.n.i.d.）的分布式协作网络中空时网络编码（STNC）的符号出错率（SER）。Nakagami- $m$衰落信道。在这个网络中，多个源与一个单一的目的地进行通信的协助下，多个解码和转发（DF）中继。我们首先推导出新的精确的封闭形式的SER与$M$ -ary相移键控调制（$M$ -PSK）和$M$ -ary正交幅度调制（$M$ -QAM）的表达式。然后，我们推导出新的紧凑的表达式的渐近SER提供有价值的见解的网络行为在高信噪比（SNR）制度。重要的是，我们证明了STNC保证充分的多样性秩序，这是由Nakagami- $m$衰落参数的所有信道，但独立的源的数量。基于新的表达式，我们研究了中继的数量，中继位置，Nakagami- $m$衰落参数，功率分配，和非正交码的SER的影响。
2012-07-04 cs.IT math.IT
Wireless Network Coding for MIMO Two-way Relaying using Latin Rectangles
考虑用于物理层网络编码双向MIMO中继场景的调制方案的设计，其中$n_R$天线在中继器R处，$n_A$和$n_B$天线分别在端节点A和B处。我们考虑的噪声和转发（DNF）协议，它采用两个阶段：多址（MA）阶段和广播（BC）阶段。对于网络编码的SISO双向中继已知的是，根据信道条件自适应地改变在中继处使用的联网编码映射（也被称为去噪映射）极大地降低了在MA阶段期间在中继处发生的多址干扰的影响，并且所有这些网络编码映射应当满足称为{ \it排他性定律}的要求。满足互斥律的网络编码图可等价地看作拉丁矩形。本文证明了对于MIMO双向中继，当信道衰落系数矩阵的行空间是$\mathbb{C}^{n_A+n_B}$的有限个向量子空间（称为奇异衰落子空间）的一个子空间时，中继站会发生深度衰落。结果表明，适当选择网络编码映射可以去除大部分奇异衰落子空间，称为可去除奇异衰落子空间。对于$2^λ$ -PSK信号集，证明了不可移除奇异衰落子空间的数目只占奇异衰落子空间总数的一小部分。当端节点使用不同数量的天线的情况下的拉丁矩形被示出为可从拉丁方的情况下，当它们使用相同数量的天线。此外，网络编码映射，删除所有可移动的奇异奇异衰落子空间被证明是可获得的一个小的拉丁方。
2012-03-14 cs.IT math.IT
Mobile Beamforming & Spatially Controlled Relay Communications
The State University of New Jersey（新泽西州立大学）
本文研究了单源单目标机器人中继网络中的随机运动规划问题，提出了一种两阶段随机规划方法，通过优化中继位置以最大化总波束成形功率的期望倒数，采用随机因果信道状态信息进行决策。
2016-03-19 cs.IT cs.SY eess.SY
Capacity Results for Two Classes of Three-Way Channels
本文考虑的三路通道，由三个节点，其中每个节点广播消息到其他两个节点。有限域三路信道的容量推导，并示出是可以实现的，使用一个非合作的计划，没有反馈。同样的方案也被示出，以实现发送端对称（每个节点从其他两个节点接收相同的SNR）相位衰落AWGN信道的等速率容量（当所有节点以相同的速率发送时）。鉴于非协作方案通常不是最优的，提出了一种利用中继和网络编码的协作反馈方案，并证明了该方案能够在相位衰落的互易AWGN三路信道（每对节点具有相同的前向和后向信噪比）中实现等速率容量。
2012-08-01 cs.IT math.IT
