Level Crossing Rate and Average Fade Duration of the Multihop Rayleigh Fading Channel
我们提出了一种新的分析框架的重要的二阶统计参数的评估，作为水平交叉率（LCR）和平均衰落持续时间（AFD）的放大和转发多跳瑞利衰落信道。更具体地说，激励的事实，这个信道是一个级联的，它可以被建模为N个衰落幅度的产品，我们推导出新的平均LCR和AFD的N个瑞利衰落包络的产品，或最近所谓的N* 瑞利信道的解析表达式。此外，我们推导出简单而有效的封闭形式的近似上述参数，使用多元拉普拉斯近似定理。结果表明，我们的一般结果减少到特定的双跳的情况下，以前公布的。数值和计算机模拟算例验证了所提出的数学分析的准确性，并显示了所提出的近似的严密性。
2009-08-25 cs.IT math.IT
Low Latency Communications
许多应用要求通信方案，最大限度地减少传输延迟，同时达到给定的可靠性水平。一个极端的例子是高频交易，在芝加哥和纽约之间的路线上节省几分之一毫秒就可以改变游戏规则。虽然这种通信通常通过光纤进行，但微波链路可以减少长距离传输的延迟，这是由于更直接的路由和更快的波传播。为了桥接长距离，信息通过多跳中继网络发送。出于这些应用，本文提出了一种信息理论的方法来设计最佳的多跳微波网络，最大限度地减少端到端的传输延迟。为了表征编码引入的延迟，我们推导出多跳网络中可实现的误差指数。我们制定和解决的优化问题，确定放大转发和解码转发继电器的最佳选择。我们提出了几个例子的网络的最佳解决方案。我们证明了在高信噪比的最佳传输方案是所有中继执行放大和转发。然后，我们分析了部署噪声反馈的影响，
2013-02-22 cs.IT math.IT
On the Performance of Multihop THz Wireless System Over Mixed Channel Fading with Shadowing and Antenna Misalignment
现有的中继辅助太赫兹（THz）无线系统仅限于双跳传输，存在指向误差和短时衰落，没有考虑阴影效应。本文分析了在阴影衰落和天线失调误差下，多跳辅助回程通信与接入链路混合的性能。我们推导出统计结果的信噪比（SNR）的多跳链路考虑独立的，但不相同的分布（i.ni.d）$α$ - $μ$衰落信道与指向错误采用信道辅助（CA）和固定增益（FG）放大转发（AF）中继的每一跳。我们分析了中断概率，平均误码率，遍历容量性能的混合系统考虑广义$K$阴影衰落模型与AF和解码转发（DF）协议的接入链路。我们推导出CA-多跳系统与DF中继的最后一跳和FG-多跳系统使用FG和DF中继在最后一个中继的性能上界的性能指标的精确表达式。我们还开发了渐近分析，在高信噪比，以获得系统的分集阶数，并使用计算机模拟提供设计和部署方面的多个中继在回程链路，以扩展太赫兹无线传输的通信范围。
2022-04-08 cs.IT eess.SP math.IT
On the Second Order Statistics of the Multihop Rayleigh Fading Channel
二阶统计量提供了衰落信道的动态表示，在无线通信系统的评估和设计中起着重要的作用。在本文中，我们提出了一种新的分析框架的重要的二阶统计参数的评估，电平交叉率（LCR）和平均衰落持续时间（AFD）的放大和转发多跳瑞利衰落信道。更具体地说，激励的事实，这个信道是一个级联的，可以建模为N个衰落幅度的产品，我们推导出新的平均LCR和AFD的N个瑞利衰落包络的产品（或最近所谓的N* 瑞利信道）的解析表达式。此外，我们推导出简单而有效的封闭形式的近似上述参数，使用多元拉普拉斯近似定理。结果表明，我们的一般结果减少到相应的特定的双跳的情况下，以前公布的。数值和计算机模拟算例验证了所提出的数学分析的准确性，并显示了所提出的近似的严密性。
2009-08-25 cs.IT math.IT
Diversity of MIMO Multihop Relay Channels
我们考虑慢衰落中继信道与一个单一的多天线源-目的地终端对。源信号通过N-1层中继经过N跳到达目的地。我们分析了这样的信道的多样性与固定的网络规模在高信噪比。在集群的情况下，在同一层内的中继可以有充分的合作，合作解码和转发（DF）计划被证明是最佳的分集复用权衡（DMT）。得到了DMT的上界，即割集界。在非集群的情况下，我们表明，天真的放大和转发（AF）计划具有最大的信道复用增益，但在多样性是次优的，相比割集界。通过对多跳信道的并行划分，引入空时中继处理，提高了分集性能。这个想法是让源信号在多跳信道中通过K个不同的“AF路径”。这种并行AF方案在时域中创建并行信道，并且如果分区被适当地设计，则具有最大分集。由于该方案一般不能实现最大复用增益，因此我们提出了一种由并行AF方案构建的翻转转发（FF）方案。结果表明，FF方案实现了最大的多样性和复用增益在任意大小的分布式多跳信道。为了实现中继策略所承诺的DMT，还提出了近似通用的编码方案。
2007-08-02 cs.IT math.IT
Multihop Optical Wireless Communication Over ${\cal{F}}$-Turbulence Channels and Generalized Pointing Errors with Fog-Induced Fading
多跳中继是光无线通信中一种很有潜力的信道损伤抑制技术。在本文中，多个固定增益放大和转发（AF）中继，以提高OWC性能的大气湍流，指向误差和雾的综合影响下。我们考虑了一个远程OWC链路的大气湍流的Fisher-Snedecor ${\cal{F}}$分布，指向误差的广义非零bobbin模型，和随机路径损耗由于雾。我们还考虑了一个短距离OWC系统忽略大气湍流的影响。我们推导出新的概率密度函数（PDF）和累积分布函数（CDF）的端到端的信号噪声比（SNR）的短距离和长距离的多跳OWC系统的上界开发精确的统计结果下的${\cal{F}}$湍流信道，非零botherboard指向错误，和雾引起的衰落的综合影响下的单跳OWC系统。基于这些表达式，我们提出了中断概率（OP）和平均误码率（ABER）性能的分析表达式所考虑的OWC系统涉及单变量福克斯的H和梅杰的G功能。此外，在高信噪比区域的中断概率的渐近表达式，开发使用简单的伽马函数提供的信道和系统参数的影响的见解。推导出的解析表达式进行了验证，通过蒙特卡洛模拟，并与单跳传输的比较，OWC的性能与中继节点的数量的缩放证明。
2022-04-16 cs.IT math.IT
Throughput-Optimal Multihop Broadcast on Directed Acyclic Wireless Networks
我们研究的问题，有效地广播数据包在多跳无线网络。在每个时隙，网络控制器激活一组非干扰链路，并在每个激活的链路上转发分组的选定副本。只有当网络中的所有节点都获得了一个数据包的副本时，才认为该数据包是联合接收的。联合接收数据包的最大速率称为网络的广播容量。现有的策略通过在一组生成树上平衡流量来实现广播容量，这在大型且时变的无线网络中很难维护。我们提出了一个新的动态算法，实现广播容量时，底层网络拓扑结构是一个有向无环图（DAG）。该算法是分散的，只利用局部长度信息，不需要使用全局拓扑结构，如生成树。固有的问题的主要技术挑战是由于重复的数据包，这使得传统的排队建模不适用的工作守恒原则的情况下。我们克服了这一困难，通过研究相对的数据包赤字，并施加顺序交付的限制，在网络中的每个节点。虽然按顺序的数据包交付，在一般情况下，导致吞吐量下降的图形与周期，我们表明，它是最佳的DAG吞吐量，可以利用简化的设计和分析的最佳算法。我们的表征导致一个多项式时间算法计算广播容量的任何无线DAG下的主要干扰的限制。此外，我们提出了一个扩展我们的算法，可以有效地用于广播在任何网络中的任意拓扑结构。
2015-07-19 cs.IT math.IT
Multicast Outage Probability and Transmission Capacity of Multihop Wireless Networks
多播传输，其中相同的数据包必须被传递到多个接收器，是传感器和战术网络的一个重要方面，并有几个独特的特点，而不是更普遍研究的单播网络。特别地，这些包括（i）相同的分组必须被成功地递送到几个节点，（ii）在任何接收器处的中断要求分组至少被重传到该接收器，以及（iii）多播速率由具有最弱链路的接收器支配，以便最小化中断和重传。本文的第一个贡献是开发一个易于处理的多播模型和吞吐量度量，捕捉这些关键特征在多播无线网络。我们利用一个泊松簇过程（PCP）组成的一个不同的泊松点过程（PPP）的发送器和接收器，然后定义的组播传输容量（MTC）的最大可实现的组播速率每次传输尝试的最大强度的组播集群解码延迟和组播中断的约束下。多播集群是分组在其上被多播的连续区域，并且为了减少中断，可以将其细分为$v$更小的多播区域。本文的第二个贡献是分析了这个模型的几个关键方面，我们开发了以下主要结果。假设$τ/v$传输尝试允许每个细分区域中的多播集群，我们表明，MTC是$Θ(ρk^{x}\log(k)v^{y})$，其中$ρ$，$x$和$y$是$τ$和$v$的功能，这取决于网络的大小和强度，和$k$是预期的接收器在集群中的平均数量。我们推导出$\{ρ, x, y\}$的一些制度的利益，也表明，适当的重传次数可以显着提高MTC。
2010-10-24 cs.IT math.IT
On the Achievable Rates of Multihop Virtual Full-Duplex Relay Channels
我们研究了一个多跳的“虚拟”全双工中继信道作为一个特殊的情况下，一般的多个组播中继网络。对于这样的信道，量化映射和转发（QMF）（或噪声网络编码（NNC））在恒定间隙内实现割集上界，其中间隙随着中继级$K$的数量{ \em线性}增长。然而，对于具有多跳传输的系统（即，以较高频率操作的无线回程）。我们最近已经通过在中继处使用最佳量化并且通过利用中继的消息（在先前时隙中解码的）作为边信息，获得了容量缩放的改进结果，其中间隙{ \em按比例}增长为$\log{K}$。在本文中，我们提出了一种混合方案，每个中继可以执行解码和转发（DF）或QMF可能的速率分裂，进一步提高了该网络的性能。我们推导出可实现的速率，并表明该方案优于QMF优化方案。此外，我们证明，这种性能的改善与$K$增加。
2015-04-23 cs.IT math.IT
Multihop RIS-Assisted FSO-RF System Over Double Generalized Gamma Fading
可重构智能表面（RIS）是一种很有前途的技术，以避免信号阻塞，通过创建虚拟的视线（LOS）连接的自由空间光学（FSO）和射频（RF）无线系统。本文考虑了一种混合的FSO-RF系统，通过在两条链路中使用多个RI进行多跳传输来扩展通信范围。我们开发的概率密度函数（PDF）和累积密度函数（CDF）的信号噪声比（SNR）的级联信道，考虑双广义伽马（dGG）湍流与指向错误的FSO链路和dGG分布模型的信号衰落的RF。我们推导出精确的封闭式表达式的中断概率，平均误码率（BER），遍历容量使用解码和转发（DF）中继的混合系统。我们还提出了渐近分析的性能在高信噪比政权描绘的影响，信道参数的多样性秩序的系统。我们使用计算机模拟来演示系统和信道参数对RI辅助多跳传输的影响。
2021-08-16 cs.IT eess.SP math.IT
On Multihop Weibull-Fading Communications: Performance Analysis Framework and Applications
本文提出了一个全面的封闭形式的性能分析框架，多跳通信在威布尔衰落信道。所分析的方案基本上由多个再生中继广义高阶正交幅度调制（M-QAM）传输。为了考虑毫米波范围内的信道衰落，我们采用了所提倡的Weibull模型，因为它具有灵活的能力来覆盖不同的信道条件。端到端性能的中断概率，误码率（BER），符号错误概率（SER），块出错率（BLER），遍历容量，和能量效率（EE）方面进行评估。对于所有的度量，我们提出了精确的封闭形式的表达式以及它们的渐近行为，一些广义超几何函数。基于所得到的分析结果，我们还提出了一个实际的应用，我们推导出两个BER和EE最优的发射功率分配策略，我们讨论了由此产生的性能增益。我们的分析的准确性说明了数值例子，并通过蒙特卡罗模拟不同的系统和信道参数进行评估。最后，作为一个次要的贡献，注意到福克斯的H和二元H函数的日益普及，我们提供了新的和广义的代码计算这些功能，在不同的情况下，具有实际效用。
2018-02-20 cs.IT math.IT
Jointly Optimal Channel Pairing and Power Allocation for Multichannel Multihop Relaying
研究了多信道多跳中继网络中的信道配对和功率分配问题，以提高端到端的数据率。放大转发（AF）和解码转发（DF）中继策略被认为是。给定固定的功率分配的信道，我们表明，在多跳的信道配对可以分解成独立的配对问题，在每个中继，排序的SNR信道配对策略是速率和最优的，每个中继配对其输入和输出信道的SNR顺序。对于在总功率和个体功率约束下的信道配对和功率分配的联合优化问题，我们证明了该问题可以解耦为两个子问题分别求解。通过观察联合最优解中的排序SNR和排序信道增益之间的等效性来建立该分离原理。它大大降低了寻找联合最优解的计算复杂性。由此可见，联合优化中的信道配对问题可以基于排序的信道增益再次分解为每个中继处的独立配对问题。最后给出了DF中继功率分配的最优解和AF中继的渐近最优解。数值结果表明，显着的性能增益的联合最优解决方案比一些次优的替代品。它也被观察到，更多的增益是从最佳的信道配对比最佳的功率分配，通过明智地利用多个信道之间的变化。通过数值算例研究了信道增益、信道数和跳数的变化对性能增益的影响。
2015-12-11 cs.IT cs.NI cs.PF
Outage Capacity of Bursty Amplify-and-Forward with Incremental Relaying
我们推导出中断容量的突发版本的放大转发（BAF）协议的小信号噪声比时，使用增量中继。我们表明，BAF的中断容量和割集界之间的比率是独立的中继位置和BAF是中断最优的目标速率R的某些条件下。这是相反的解码和转发与增量中继，中继位置强烈地决定了合作协议的性能。我们进一步推导出了由任意数量的中继节点组成的网络的中断容量。在这种情况下，中继器在整个传输块的后续分区中进行传输，并且目的地累积信噪比，直到它能够解码。
2010-01-13 cs.IT math.IT
Ergodic Capacity of Triple-Hop All-Optical Amplify-and-Forward Relaying over Free-Space Optical Channels
在本文中，我们提出了一个全面的研究三跳全光中继自由空间光（FSO）系统中存在的所有主要噪声源，包括背景，热和放大自发辐射（ASE）噪声，并考虑光自由度（DoF）的影响。使用完整的CSI中继，我们推导出在目的地的噪声方差的精确表达式。然后，为了简化全CSI中继的解析表达式，我们还提出并研究了不同的近似在目的地的噪声方差的有效性。最后，我们评估了所考虑的三跳全光中继FSO系统的性能方面的遍历容量。
2018-10-04 cs.IT math.IT
Ergodic Capacity Analysis of Amplify-and-Forward MIMO Dual-Hop Systems
在信道状态信息仅在目的端可用的条件下，分析了放大转发MIMO双跳中继信道的遍历容量.与以前的结果相比，我们的表达式适用于任意数量的天线和任意中继配置。我们推导出一个表达式的确切遍历能力，简化的封闭形式的高信噪比制度的表达式，和紧密的封闭形式的上限和下限。这些结果是有可能采用最近的工具，从有限维随机矩阵理论推导出新的封闭形式的表达式的各种统计特性的等效AF MIMO双跳中继信道，如无序特征值的分布和某些随机行列式的属性。基于解析容量表达式，我们研究了系统和信道特性，如天线配置和中继功率增益的影响。我们还展示了一些有趣的双跳AF MIMO中继信道和传统的点到点MIMO信道在各种渐近制度之间的关系。
2008-11-27 cs.IT math.IT
Approaching Gaussian Relay Network Capacity in the High SNR Regime: End-to-End Lattice Codes
我们提出了一个自然和低复杂度的技术，实现高信噪比制度的高斯中继网络的能力。具体来说，我们建议使用端到端的结构化格码与放大和转发策略，其中源使用嵌套格码编码的消息和目的地解码的消息格解码。所有的中间中继器只是简单地放大并通过网络将接收到的信号转发到目的地。我们表明，端到端的格编码放大和转发方案的分层高斯中继网络的能力在高信噪比制度。接下来，我们扩展我们的计划下的放大转发方案，这可以被看作是一个高斯符号间干扰（ISI）信道的非分层高斯中继网络。与其他方案相比，我们的方法是显着简单，只需要格的预编码和解码的端到端的设计。它不需要网络拓扑或单个信道增益的任何知识。
2013-09-16 cs.IT math.IT
Capacity and Power Scaling Laws for Finite Antenna MIMO Amplify-and-Forward Relay Networks
在本文中，我们提出了一种新的框架，可用于研究线性多输入多输出（MIMO）$d\times d$天线放大转发（AF）中继网络的容量和功率缩放特性。特别是，我们将这些网络建模为随机动力系统（RDS），并计算其$d$李雅普诺夫指数。我们的分析可以应用于任何每跳信道衰落分布的系统，虽然在这方面的贡献，我们专注于瑞利衰落。我们的主要结果有两个方面：1）在第$n$节点处的总发射功率将遵循由网络的最大李雅普诺夫指数支配的通过网络的确定性轨迹，2）在第$n$节点处的第$i$本征信道的容量将遵循由网络的$i$第李雅普诺夫指数支配的通过网络的确定性轨迹。在结束之前，我们集中在我们的结果的一些应用。特别是，我们展示了如何的Lyapunov指数是密切相关的本征信道容量从彼此发散的速率，以及这是如何涉及到的放大策略和天线的数量在每个中继。我们还使用它们来确定与每个额外的多路复用数据流相关的额外功率成本。
2016-02-12 cs.IT math.IT
Upper-Bounding the Capacity of Relay Communications - Part I
本文重点研究了点对点中继通信的容量，其中发送端由中间中继辅助。详细介绍了割集和放大转发（AF）保护策略的数学模型。从信息论的角度和高斯信道的网络中，我们提出了每种中继策略的容量上限。通过两个不同的案例研究，我们分析了所述策略的各种外部区域能力。结果表明，在低信噪比环境下，割集策略的性能优于放大和前向策略。
2013-01-11 cs.IT math.IT
On the Capacity of the Half-Duplex MIMO Gaussian Diamond Channel
在本文中，我们分析了2中继多输入多输出（MIMO）高斯菱形信道。我们表明，多跳解码和转发多址接入（MDF-MAC）协议实现速率在一个恒定的间隙容量时，信道参数$Δ$大于零。我们还确定了传输协方差矩阵将使用的每个中继在多址接入（MAC）状态的MDF-MAC协议。如针对单天线2中继高斯菱形信道所做的那样，信道参数$Δ$被定义为从源到两个中继的链路的容量的乘积与从两个中继到目的地的链路的容量的乘积之间的差。
2016-02-08 cs.IT math.IT
Outage Capacity of the Fading Relay Channel in the Low SNR Regime
在慢衰落场景中，节点之间的合作可以增加通信的分集量。通过分析慢衰落中继信道的中断容量，我们研究了在这种情况下的性能极限。我们的重点是低信噪比和低中断概率制度，衰落的不利影响是最大的，但合作的潜在收益。我们表明，虽然标准的放大转发协议在这种情况下表现非常差，但我们称之为突发放大转发协议的修改版本是最佳的，并实现了网络的中断容量。此外，这种性能可以在接收机处没有先验信道知识的情况下实现。相比之下，解码转发协议在这种情况下是严格次优的。我们的结果直接产生单位能量的衰落中继信道的中断容量。
2006-02-14 cs.IT math.IT
Upper-Bounding the Capacity of Relay Communications - Part II
本文重点研究了对等中继通信的容量，其中发送器由任意数量的并行中继辅助，即中继之间没有链路和协作。详细介绍了不同中继策略的数学模型，包括割集放大和转发策略。给出了割集容量的上界，作为比较其他现实策略的参考。我们提出了它的外区容量，这是低于现有文献中。我们表明，多个并行中继网络实现其最大容量凭借只有一个继电器或凭借所有继电器一起。增加一个中继甚至可能会减少整体容量，也可能不会改变它。我们讨论了各种外部区域容量的解决方案与两个不同的案例研究。结果表明，在低信噪比环境下，割集策略的性能优于放大转发策略，而在高信噪比环境下则相反。
2014-04-05 cs.IT math.IT
Gaussian Relay Channel Capacity to Within a Fixed Number of Bits
在本文中，我们表明，三个节点的高斯中继信道的容量可以达到1和2位/秒/赫兹内使用压缩转发和放大转发中继，分别。
2010-11-23 cs.IT math.IT
Random Access Transport Capacity
我们开发了一个新的度量量化端到端的吞吐量在多跳无线网络，我们长期随机接入传输容量，因为干扰模型假设不协调的传输。该指标量化成功端到端传输的平均最大速率，乘以通信距离，并按网络区域进行归一化。我们证明，当重传次数不受限制并且假设跳数在源和目的地之间的直线上等距时，该量的简单上限可以根据关键网络参数以封闭形式计算。我们还得到了最佳的跳数和最佳的每跳成功概率，并表明我们的结果遵循众所周知的平方根缩放定律，同时提供精确的表达式，以及预常数。数值结果表明，上界是准确的，以确定最佳跳数和成功（或中断）概率的目的。
2009-09-28 cs.IT math.IT
Wireless Information and Power Transfer in Two-Way Amplify-and-Forward Relaying Channels
各种无线网络已经使周围的无线电频率信号遍布世界各地。无线信息和功率传输使设备能够从这些环境射频信号中回收能量，并同时处理信息。在本文中，我们开发了一个无线信息和功率传输协议的双向放大转发中继信道，其中两个源通过能量收集中继节点交换信息。中继节点从接收到的信号收集能量，并使用它来提供传输功率以转发接收到的信号。我们解析地推导出中断概率，遍历容量和有限信噪比分集复用权衡（DMT）的精确表达式。进一步，给出了系统中断概率和遍历容量的上下界的紧闭形式。此外，功率分配比的影响也进行了评估和分析。最后，我们表明，相比非合作中继方案，该协议是一个绿色的解决方案，提供更高的传输速率和更可靠的通信，而不消耗额外的资源。
2013-07-29 cs.IT math.IT
Optimum Relay Scheme in a Secure Two-Hop Amplify and Forward Cooperative Communication System
研究了一种MIMO安全两跳无线通信系统。在这个模型中，源-目的地和源-窃听者之间没有直接的链接。问题是在所有可能的放大转发（AF）中继策略上最大化系统的保密容量，使得源节点和中继节点处的功率消耗是有限的。当所有节点都配置单天线时，充分刻画了该非凸优化问题。当所有节点（除了预定接收机）都配备有多个天线时，基于信道增益矩阵的广义特征值-特征向量来表征优化问题。
2011-10-15 cs.IT math.IT
Optimal Relay Power Allocation for Amplify-and-Forward Relay Networks with Non-linear Power Amplifiers
在本文中，我们提出了一个最佳中继功率分配的放大转发中继网络与非线性功率放大器。基于Bussgang线性化理论，将非线性放大过程描述为线性系统，便于分析系统性能。为了获得空间分集，我们设计了一个完整的非线性失真感知接收机的实用框架。考虑总中继功率约束，我们提出了一个最佳的功率分配方案，以最大限度地提高接收机的信噪比。仿真结果表明，所提出的中继功率优化分配方法确实能够提高系统容量，抵抗非线性失真。它也被验证，所提出的传输方案优于其他传输方案不考虑非线性失真。
2011-04-30 cs.IT math.IT
Multiplexing Gain of Amplify-Forward Relaying in Wireless Multi-Antenna Relay Networks
本文研究了一般的多天线多中继网络。网络的每两个节点要么通过瑞利衰落信道连接在一起，要么断开。我们研究了在高信噪比制度的网络的遍历容量。我们证明了传统的放大转发中继实现了网络的最大复用增益。此外，我们证明了网络的最大复用增益等于网络的底层图的最小顶点割集，这可以在多项式时间内计算的网络节点的数量。最后，该论点扩展到多播和多址接入的情况下。
2009-12-20 cs.IT math.IT
Coverage Region Analysis for MIMO Amplify-and-Forward Relay Channel with the Source to Destination Link
本文研究和分析了在中继站采用放大转发策略的半双工多输入多输出（MIMO）中继信道的覆盖区域。通过假设混合瑞利和莱斯衰落信道与两种不同的中继站的情况下，我们考虑的目标是最大化的覆盖区域为一个给定的传输速率，并找到最佳的中继位置的意义上最大化的覆盖区域。使用蒙特卡罗模拟，示出了对于不同衰落情况和不同中继站位置的覆盖区域和容量界限。最后，我们比较我们的结果与以前的解码和转发（DF）MIMO中继信道。
2014-10-11 cs.IT math.IT
On the Capacity Regions of Two-Way Diamond Channels
本文研究双向菱形信道的容量域。我们表明，对于一个线性确定性模型的钻石通道在每个方向上的容量可以同时实现的所有值的信道参数，其中的前向和后向信道参数不一定是相同的。我们分为三种情况下，根据前向和后向信道参数的可扩展性计划。对于第一种情况，我们在继电器中使用反向放大转发策略。对于第二种情况，我们使用四个中继策略的基础上，反向放大和转发与一些修改方面的替换和重复的一些流水平。对于第三种情况，我们使用两个中继策略的基础上执行两轮重复中继。所提出的计划，确定性的信道被用来找到两个特殊情况下的高斯双向菱形信道的恒定间隙内的容量区域。首先，对于一般的高斯双向中继信道与一个简单的编码方案的最小间隙相比，以前的作品。在此基础上，考虑了一种特殊的对称高斯双向菱形模型，得到了四比特内的容量区域。
2014-10-19 cs.IT math.IT
On the Distortion of the Eigenvalue Spectrum in MIMO Amplify-and-Forward Multi-Hop Channels
考虑具有n_s个非合作源天线和n_d个完全合作目的天线的无线MIMO多跳信道，以及每个包含k个非合作中继天线的L个簇。源信号在到达目的地之前穿过中继天线的所有L个集群。当相同集群内的中继天线在重传之前以相同常数缩放其接收信号时，将源天线处的输入信号与目的地天线处的输出信号相关联的等效信道矩阵H与信道矩阵H_l，l = 1，.，L +1，对应于各个跳。我们对该信道进行渐近容量分析如下：在第一种情况下，我们取限制n_s-> infty，n_d-> infty和k-> infty，但保持n_s/n_d和k/n_d固定。然后，我们取极限L-> infty和k/n_d-> infty。在H_l满足Marcenko-Pastur定律的条件下，证明了只要k/n_d之比至少在L中线性地变化，则容量在min {n_s，n_d}中线性地变化。此外，我们表明，高达噪声惩罚和前对数因子的点对点MIMO信道的容量接近，当这种缩放比线性稍快。相反，几乎所有的空间自由度小于线性缩放消失。
2007-08-27 cs.IT math.IT
Outage Probability of Overhearing Amplify-and-Forward Cooperative Relaying
研究了采用空时网络编码（STNC）的偷听放大转发（AF）协作中继的中断性能。首先，这种中继系统的传输协议，即，提出了一种基于STNC的具有偷听AF中继的协作中继（STNC-OHAF）。然后分析了STNC-OHAF的瞬时端到端信噪比表达式。在此基础上，STNC-OHAF在独立但不一定同分布（i.n.i.d）的瑞利衰落信道的中断概率的显式表达式的理论推导。数值结果验证了我们的理论分析，并表明通过引入中继间的偷听，系统的中断性能可以大大改善。它还表明，有一个折衷的系统总中断容量和发送的符号数。
2015-01-04 cs.IT math.IT
Amplify-and-Forward in Wireless Relay Networks
一般类的无线中继网络与一个单一的源-目的地对。网络中的中间结点采用放大转发方案来中继它们的输入信号。在这种情况下，从源经由中继到目的地的整个输入-输出信道有效地表现为具有有色噪声的码间干扰信道。与以前的工作不同，我们制定的最大可达速率在这种设置的问题作为一个优化问题，没有假设的网络规模，拓扑结构，和接收的信噪比。以前的工作只考虑继电器使用所有功率放大接收信号的情况。我们证明，这可能并不总是最大化放大转发中继网络中的最大可实现速率。所提出的配方使我们不仅可以恢复已知的结果的放大和转发方案的性能为一些简单的中继网络，但也表征性能更复杂的放大和转发中继网络，不能在一个简单的方式使用现有的方法来解决。使用割集参数，我们得出简单的上限一般无线中继网络的容量。通过各种例子，我们表明，一个大类的放大转发中继网络可以实现这些上界的常数因子内的网络参数渐近速率。
2011-06-01 cs.IT 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
The Approximate Capacity of the Gaussian N-Relay Diamond Network
我们考虑高斯“钻石”或并行中继网络，其中源节点发送消息到目的地节点的帮助下，N个中继。即使对于对称设置，其中到中继的信道增益是相同的，并且来自中继的信道增益是相同的，该信道的容量通常是未知的。已知的最佳容量近似值是直到N比特阶的加法间隙和直到N^2阶的乘法间隙，其中两个间隙都与信道增益无关。在本文中，我们近似的对称高斯N-中继钻石网络的容量高达1.8位的加法间隙和高达14倍的乘法间隙。这两个间隙是独立的信道增益，并且，不像以前已知的最好的结果，也是独立的网络中的中继的数量N。可扩展性是基于突发放大和转发，表明这种简单的计划是一致的近似最优的，无论是在低速率，以及在高速率制度。容量的上限是基于对割集界限的仔细评估。我们还提出了近似结果的非对称高斯N-中继钻石网络。特别是，我们表明，突发放大和转发结合最佳中继选择实现了一个因子O（log^4（N））的容量与前常数的顺序符号独立的信道增益的速率。
2012-05-18 cs.IT math.IT
The capacity for the linear time-invariant Gaussian relay channel
本文研究了具有线性时不变中继滤波的高斯中继信道。基于平稳过程的谱理论，得到了这类线性高斯中继操作在有限字母刻画下的最大可达速率。最大速率可以通过将整个频带划分为至多八个子带并且通过使中继在每个子带处表现为瞬时放大转发中继来实现。数值结果提供了评估性能的LTI中继。
2011-09-26 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
On the Capacity and Diversity-Multiplexing Tradeoff of the Two-Way Relay Channel
本文研究了多输入多输出（MIMO）双向中继信道，其中两个节点希望使用多个中继来交换数据。当每个中继采用放大转发策略时，提出了一种迭代算法来获得最优的可达速率区域。迭代算法在每一步都解决了功率最小化问题，但受到最小信号干扰噪声比约束，该问题是非凸的，然而，对于该问题，Karush Kuhn Tuker条件足以保证最优性。最优AF策略假设每个中继站具有全局信道状态信息（CSI）。为了简化CSI要求，还提出了一种简单的放大和转发策略，称为双信道匹配，其仅需要本地信道状态信息，并且其可达到的速率区域接近于最优AF策略的速率区域。在大量中继的渐近制度，我们表明，可实现的双信道匹配的速率区域和上限不同的只有一个常数项，并建立容量的双向中继信道的缩放定律。中继策略实现最佳的分集复用权衡也被认为是一个单一的中继节点。的压缩和转发策略被证明是最佳的实现分集复用的全双工情况下，在一般情况下，在某些情况下，半双工的情况下，权衡。
2008-10-21 cs.IT math.IT
Asymptotic Analysis of Amplify and Forward Relaying in a Parallel MIMO Relay Network
本文考虑了一个并行MIMO中继网络的设置，其中$K$中继，每个配备有$N$天线，协助发射机和接收机，每个配备有$M$天线，在半双工模式下，假设$N\geq{M}$。该设置已在文献中进行了研究，如\cite{nabar}、\cite{nabar2}和\cite{qr}。在本文中，一个简单的计划，所谓的增量合作波束形成，介绍和示出，以实现在渐进的情况下，$K\to{\infty}$的网络容量的间隙不超过$O(\frac{1}{\log(K)})$。只要继电器的功率按$ω(\frac{\log^9(K)}{K})$缩放，该结果就被证明是成立的。最后，研究了渐进信噪比行为，证明了所提出的方案实现了充分的复用增益，无论中继的数量。
2007-03-30 cs.IT math.IT
Asymptotic Capacity of Large Relay Networks with Conferencing Links
在这种对应关系中，我们考虑了一个半双工的大型中继网络，它由一个源-目的地对和$N$中继节点，其中每一个都是通过信噪比（SNR）有限的带外会议链路与其他中继的一个子集连接。研究了两种基本中继方案的渐近可达速率与“$p$ -部分”会议策略：对于解码转发（DF）方案，我们证明了DF速率的尺度为$\mathcal{O} (\log (N))$ ;对于放大转发（AF）方案，我们证明了当$N$趋于无穷大时，它在一些有趣的场景中渐近达到容量上界.
2011-04-19 cs.IT math.IT
Large N Analysis of Amplify-and-Forward MIMO Relay Channels with Correlated Rayleigh Fading
在此基础上，推导了在大阵列限制下，源端与目的端之间无直接链路的平坦瑞利衰落放大转发MIMO中继信道的互信息的累积量。该分析是基于副本技巧，并涵盖了空间独立和相关的衰落在第一和第二跳，而波束成形在所有终端被限制到确定性的权重矩阵。得到了互信息的均值和方差的表达式。它们的参数由一个非线性方程组确定。当天线数n趋于无穷大时，所有较高的累积量都将消失。总之，互信息I的分布在大的n极限下变成高斯分布，并且完全由I的均值和方差的表达式表征。与仿真结果的比较表明，渐近结果作为一个很好的近似系统只有几个天线在每个节点。结果的推导遵循Moustakas等人在[1]中形式化的技术。虽然与点对点MIMO信道相比，MIMO中继信道的评估涉及更多，但结果的结构再次令人惊讶地简单。特别地，获得了用于互信息的平均值的简洁公式，即，无直接链路的两跳放大转发MIMO中继信道的遍历容量。
2006-12-22 cs.IT math.IT
Capacity of the Gaussian Relay Channel with Correlated Noises to Within a Constant Gap
本文研究了经典的三节点高斯中继信道的中继策略和近似容量，但中继站和目的站的噪声是相关的。它示出，这样的中继信道的容量可以实现在一个恒定的间隙内的$\hf \log_2 3 =0.7925$位使用修改后的版本的噪声网络编码策略，其中在中继的量化水平设置在相关依赖的方式。作为推论，该结果确立了传统的压缩和转发方案也实现了在容量的恒定间隙内。相比之下，解码转发和单抽头放大转发中继策略在中继和目的地的噪声高度相关的情况下可以具有无限的容量间隙，并且中继到目的地链路的增益趋于无穷大。
2011-10-22 cs.IT math.IT
Capacity Analysis of Bidirectional AF Relay Selection with Imperfect Channel State Information
在这封信中，我们分析了双向放大和转发中继选择（RS）的遍历容量与不完美的信道状态信息（CSI），即，过时的CSI和不完美的信道估计。在实际应用中，由于CSI的不完美性，无法获得最大化遍历容量的最优RS方案。因此，讨论和分析了两种次优RS方案，其中第一种RS方案是基于不完美信道系数的，第二种RS方案是基于预测信道系数的。给出了不完美CSI下的遍历容量的封闭形式，与仿真结果吻合较好。结果表明，当信道状态信息不完全时，双向RS的遍历容量会大大降低，而基于信道预测的RS方案具有更好的性能，当预测长度足够大时，它无限接近最优性能。
2013-01-21 cs.IT math.IT
Sub-channel and Power Allocation for Non-orthogonal Multiple Access Relay Networks with Amplify-and-Forward Protocol
在本文中，我们研究了单小区非正交多址接入（NOMA）中继网络的资源分配问题，其中OFDM放大转发（AF）中继分配频谱和功率资源的源-目的地（SD）对。我们的目标是优化的资源分配，以最大化的平均和率。最优方法需要穷举搜索，导致NP难问题。为了解决这个问题，我们提出了两个有效的多对多双边SD对子信道匹配算法，其中SD对子和子信道被认为是两组追逐自己的利益的球员。所提出的算法可以提供一个次优的解决方案，这个资源分配问题在负担得起的时间。静态匹配算法和动态匹配算法经过有限次迭代后都收敛到一个成对的稳定匹配。仿真结果表明，这两种算法在NOMA方案的容量显着优于传统的正交多址方案。NOMA方案中的匹配算法也实现了比传统的正交多址接入更好的用户公平性能。
2016-11-14 cs.IT cs.NI math.IT
A General Robust Linear Transceiver Design for Multi-Hop Amplify-and-Forward MIMO Relaying Systems
研究了高斯分布信道估计误差下多跳放大转发（AF）多输入多输出（MIMO）中继系统的线性收发机设计问题。常用的收发器设计准则，包括加权均方误差（MSE）最小化，容量最大化，最坏的MSE/MAX-MSE最小化和加权和速率最大化，被认为是统一到一个单一的矩阵变量优化问题。提出了一种通用的鲁棒设计算法来解决统一问题。具体地说，利用优化理论和矩阵变量函数的性质，最佳结构的鲁棒收发机时，无论是从发射机侧看到的信道估计误差的协方差矩阵或从接收机侧看到的相应的协方差矩阵是成比例的单位矩阵。基于最优结构，原来的收发器的设计问题减少到更简单的问题，只有标量变量，其解决方案很容易通过迭代注水算法获得。一些现有的收发器设计算法被发现是所提出的解决方案的特殊情况。本文还详细讨论了我们的工作与现有相关工作之间的差异。仿真结果证明了所提出的鲁棒设计的性能优势。
2013-02-25 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
Physical-Layer Security for Two-Hop Air-to-Underwater Communication Systems With Fixed-Gain Amplify-and-Forward Relaying
我们分析了一个安全的两跳混合射频（RF）和水下无线光通信（UWOC）系统使用固定增益放大转发（AF）中继。UWOC信道的建模使用统一的混合指数广义伽玛分布，考虑气泡和温度梯度的传输特性的综合影响。使用灵活的$α-μ$分布对合法和窃听RF信道进行建模。具体来说，我们首先推导出的概率密度函数（PDF）和累积分布函数（CDF）的接收信噪比（SNR）的混合RF和UWOC系统。在PDF和CDF表达式的基础上，推导出了保密中断概率（SOP）和保密容量非零概率（PNZ）的紧下界的封闭表达式，它们都用二元Fox $H$函数表示.为了利用这些解析表达式，我们推导出的SOP和PNZ的渐近表达式只使用初等函数。此外，我们使用渐近表达式来确定最佳的发射功率，以最大限度地提高能源效率。此外，我们深入调查的水平的气泡和温度梯度在UWOC信道的效果，并研究传输介质的非线性特性和多径集群的RF信道的保密性能的数量。最后，所有的分析进行了验证，使用Monte Carlo模拟。
2020-09-21 cs.IT math.IT
Secrecy Capacity of Two-Hop Relay Assisted Wiretap Channels
近年来，增强物理层特性以确保通信安全受到了相当大的关注。此外，与网络的一些节点的合作可以提供多天线系统的好处，增加了这样的信道的保密容量。在本文中，我们考虑合作窃听信道的放大和转发（AF）中继的帮助下，从源传输机密信息到合法的接收器中存在的窃听者。在这方面，AF依赖的保密能力推导出，假设中继是受峰值功率约束。为此，通过求解一个非凸优化问题来评估高斯输入下可实现的保密率。然后，证明了任何大于该保密率的速率都是不可实现的。为了做到这一点，一个天才的辅助信道的能力作为一个上界的基础信道的保密能力的推导，显示这个上界是等于高斯输入的计算可达到的保密率。相应地，相应的保密能力相比，解码和转发（DF）的战略，这是作为基准，在目前的工作。
2013-01-08 cs.IT math.IT
Approximate capacity of the two-way relay channel: A deterministic approach
研究了两个节点一个中继的全双工双向（或双向）中继信道的容量。假设前向方向上的信道与后向方向上的信道不同（通常），即不假设信道互易性。我们使用最近提出的确定性方法来捕捉问题的本质，并确定一个良好的传输和中继策略的高斯信道。根据各个信道增益的比率，我们建议在中继器处使用简单的放大转发或特定的叠加编码策略。我们分析了可实现的速率区域，并表明该方案实现了3位内的割集界的所有值的信道增益。
2008-08-22 cs.IT math.IT
On the Secrecy Outage Capacity of Physical Layer Security in Large-Scale MIMO Relaying Systems with Imperfect CSI
研究了大规模多输入多输出（LS-MIMO）中继系统的物理层安全问题。LS-MIMO中继系统的优势被用来提高无线安全性和频谱效率。特别是，短拦截距离引起的挑战性问题得到了很好的解决。在非常实际的假设下，即，在无窃听者信道状态信息（CSI）和不完全合法信道状态信息（CSI）两种情况下，研究了不完全CSI对两种典型中继系统的影响，放大和转发（AF）和解码和转发（DF）系统，并获得显式表达式的保密中断能力的两种情况。最后，数值结果验证了我们的理论结论.
2014-01-14 cs.IT math.IT
Cooperative Algorithms for MIMO Amplify-and-Forward Relay Networks
干扰对齐是在干扰信道中提供高复用增益的信令技术。它可以扩展到多跳干扰信道，其中中继帮助源和目的地之间的传输。除了覆盖扩展和容量增强之外，中继还增加了干扰信道中的复用增益。针对多天线放大转发中继干扰信道，提出了三种协作算法。该算法设计的发射机和中继，使在接收机的干扰可以对齐和消除。第一种算法最小化来自中继器的增强噪声和接收器处的干扰的和功率。第二种和第三种算法依赖于均方误差和互信息之间的联系，通过矩阵加权和均方误差最小化来解决具有等式或不等式功率约束的端到端和速率最大化问题。由此产生的迭代算法收敛到相应的优化问题的稳定点。仿真结果表明，所提出的算法实现了更高的端到端的和速率和复用增益比现有的AF中继，解码和转发中继，直接传输的策略。第一种算法在高信噪比时性能优于其他算法，但在低信噪比时性能不如其他算法。由于功率控制，第三算法在开销的代价下优于第二算法。
2012-09-07 cs.IT math.IT
Cross-Layer Optimization of MIMO-Based Mesh Networks with Gaussian Vector Broadcast Channels
MIMO技术是过去十年来增加信道容量的最重要的进步之一，并且具有提高网状网络的网络容量的巨大潜力。在基于MIMO的网状网络中，从共享公共通信频谱的每个节点传出的链路可以被建模为高斯矢量广播信道。最近，研究人员表明，“脏纸编码”（DPC）是高斯矢量广播信道的最佳传输策略。到目前为止，很少有人研究这个基本结果将如何影响基于MIMO的网状网络的跨层设计。为了填补这一空白，我们考虑的问题，共同优化DPC功率分配在链路层中的每个节点和多跳/多路径路由在MIMO为基础的网状网络。事实证明，这个优化问题是一个非常具有挑战性的非凸问题。为了解决这个困难，我们利用通道的对偶性将原问题转化为等价问题。对于转换后的问题，我们开发了一个有效的解决方案，集成拉格朗日对偶分解方法，共轭梯度投影方法的基础上矩阵微分，切割平面方法，和次梯度方法。在我们的数值示例中，表明使用DPC可以实现34.4%的网络性能提升。
2007-04-07 cs.AR cs.IT math.IT
Ergodic Capacity Analysis of Wireless Powered AF Relaying Systems over $α$-$μ$ Fading Channels
在本文中，我们考虑了两跳放大转发（AF）中继系统，其中中继节点是能量受限的，并从源节点收获能量。在文献中，有三种主要的能量收集（EH）协议，即时间切换中继（TSR），功率分配（PS）中继（PSR）和理想中继接收机（IRR）。与现有的研究不同，本文考虑了$α$ - $μ$衰落信道。在这方面，我们推导出准确的统一解析表达式的遍历能力，上述协议在独立的，但不相同的分布（i.n.i.d）$α$ - $μ$衰落信道。研究了$α$ - $μ$模型的三种特殊情况，即瑞利衰落信道、Nakagami-mandWeibull衰落信道。我们的分析是通过数值和模拟结果进行验证。结果表明，找到最佳值的PS因子的PSR协议和EH时间分数的TSR协议是实现最佳网络性能的关键一步。
2017-12-13 cs.IT math.IT
From Multi-Keyholes to Measure of Correlation and Power Imbalance in MIMO Channels: Outage Capacity Analysis
多锁孔通道，其中包括一些统计独立的锁孔可能不同的相关矩阵的信息理论分析，给出。当锁孔数目或/和Tx/Rx天线数目较大时，存在等效瑞利衰落信道，使得两个信道的中断容量渐近相等。在大量的天线和广泛的一类衰落分布的情况下，瞬时容量被证明是渐近高斯分布，紧凑，封闭形式的平均值和方差的表达式。受渐近分析的启发，本文提出了一种简单的全序标量测度，用于度量MIMO信道中空间相关性和功率不平衡性，以简单易行的方式量化了这两个因素对中断容量的负面影响。它不需要特征值分解，具有全序性。大小渐近的结果被用来证明Telatar的猜想半相关多锁孔和瑞利信道。由于锁孔信道模型在某些情况下很好地近似了放大转发模式下的中继信道，因此这些结果也适用于后者
2011-02-25 cs.IT math.IT
Asymptotic Capacity of Large Fading Relay Networks with Random Node Failures
为了理解网络对大规模物理攻击的响应，研究了当中继节点数$N$无限大时，具有随机节点故障的半双工衰落中继网络的渐近容量.在本文中，一个简化的独立的攻击模型，假设每个中继节点的失败与一定的概率。被认为是非相干中继方案，这对应于零前向链路信道状态信息（CSI）的情况下，在中继。因此，整个中继网络可以等效为一个瑞利衰落信道，我们推导出$ε$中断容量上限根据多址接入（MAC）割集，和$ε$中断可实现率的放大和转发（AF）和解码和转发（DF）的策略。此外，我们表明，DF策略是渐近最优的中断概率$ε$为零，AF策略严格次优的所有信号噪声比（SNR）制度。关于由于随机攻击而导致的速率损失，AF策略在高SNR区域中遭受的速率损失比DF策略少，而DF策略在低SNR区域中表现出更鲁棒的性能。
2010-01-29 cs.IT math.IT
