中继协作异构网用户对级联方案及安全概率分析

文章提出了一种基于中继协作的多层异构网(heterogeneous networks,HetNets)模型,其由不同类型的中继和在中继协助下通信的用户对构成,这些网络元素均建模为独立的泊松点过程(Poisson point process, PPP)。不同于传统的单跳网络,该网络中用户对的级联由两跳链路决定,为此,文章面向该网络首先提出了最大 最小用户对级联(maximum-minimum user-pair association,MM-UPA)方案。同时,为了克服MM UPA准则的瓶颈效应,文章又提出了联合考虑两跳链路质量的最大和谐均值用户对级联(maximum harmonic mean user-pair association,MHM-UPA)方案。其次,借助于随机几何和PPP方法,分别得到了MM-UPA和MHM-UPA方案的用户对级联概率。最后,作为所提方案的应用,研究了网络物理层安全性能,获得了网络平均安全概率。研究结果表明,两种方案均联合考虑了信源-中继和中继-信宿两跳链路的性能,优于基于单跳的用户级联方案,适用于中继协作的多层HetNets。      

大规模无人机协助的多层异构网络设计及性能研究

针对B5G/6G中的热点场景,为满足其超大网络容量的需求,该文构建了多无人机(UAV)协助的毫米波异构网络模型,将地面基站(G-BS)的分布建模为泊松点过程,UAV的分布建模为泊松簇过程,且UAV在地面上的投影以及地面用户设备(GUE)分布在G-BS的周围。为了探讨簇间级联的贡献和簇间干扰的影响,将该2层网络模型扩展为由簇间和簇内基站(BS)共同构成的4层网络模型,并提出了GUE同时与簇内(间)BS级联的4层级联方案。首先,通过传播模型分析了各层级联距离的路径损耗。其次,采用随机几何的方法,结合GUE在下行链路中受到的干扰,推导出GUE可实现的信号与干扰加噪声比(SINR)覆盖概率表达式。最后,仿真结果表明,UAV的高度和簇成员平均数对SINR覆盖概率会产生非单调的影响。同时,当UAV高度较小时,该文所提出的4层级联方案可实现的SINR覆盖概率性能优于仅考虑GUE与簇内BS级联的2层级联方案。     

大规模无人机协助的多层异构网络设计及性能研究

针对B5G/6G中的热点场景,为满足其超大网络容量的需求,该文构建了多无人机(UAV)协助的毫米波异构网络模型,将地面基站(G-BS)的分布建模为泊松点过程,UAV的分布建模为泊松簇过程,且UAV在地面上的投影以及地面用户设备(GUE)分布在G-BS的周围.为了探讨簇间级联的贡献和簇间干扰的影响,将该2层网络模型扩展为由簇间和簇内基站(BS)共同构成的4层网络模型,并提出了GUE同时与簇内(间)BS级联的4层级联方案.首先,通过传播模型分析了各层级联距离的路径损耗.其次,采用随机几何的方法,结合GUE在下行链路中受到的干扰,推导出GUE可实现的信号与干扰加噪声比(SINR)覆盖概率表达式.最后,仿真结果表明,UAV的高度和簇成员平均数对SINR覆盖概率会产生非单调的影响.同时,当UAV高度较小时,该文所提出的4层级联方案可实现的SINR覆盖概率性能优于仅考虑GUE与簇内BS级联的2层级联方案.     

多用户多中继系统下协作NOMA的中断性能

在基于非正交多址接入技术(NOMA)的多用户多中继协作中继网络中,为优先满足混叠信号中的时延敏感信息的服务质量(QoS)需求,对功率因子进行了简单分析,进而找到了关于信道增益的解码限制条件。在给定中继的情况下,根据解码限制条件建立用户集合,进而找到可以使高QoS信号速率最大化的用户中继对作为最佳“用户-中继”来传递信号。并且对该“用户-中继”选择方案下的系统中断概率的表达式进行推导并求出了其渐进式。仿真结果验证了推导结果的正确性,系统的中断概率随着节点数目的增多而降低,而当信噪比趋于无穷时,系统的分集增益取决于用户数目和中继数目。且与已有文献进行对比,本文提出的用户中继匹配方案的中断性能相对较好。     

用户簇分布的异构网络建模与覆盖分析

针对第五代/后五代 (The Fifth generation/Beyond The Fifth Generation ,5G/B5G)移动网络以用户为中心的小基站密集部署问题,构建了一个用户簇分布的三层异构网络模型。该网络模型由宏基站(Macro Base Station, MBS)、微微基站(Pico Base Station, PBS)和毫微微基站(Femto Base Station, FBS)组成。采用随机几何理论对三层异构网络的基站部署进行建模。充分分析了毫微微基站层基于SSA干扰管理的网络干扰统计特性,考虑了有序FBS和无序FBS两种情况,给出了FBS下行链路的覆盖概率。通过仿真,验证了理论结果的正确性,分析了覆盖半径、方差以及宏基站密度对覆盖概率的影响,得出有序FBS方案和无序FBS方案在覆盖概率方面的好坏性取决于系统参数。      

异构网络中用户关联和功率控制的协同优化

针对正交频分多址(Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access,OFDMA)异构网络中用户关联和功率控制协同优化不佳的问题,提出了一种多智能体深度Q学习网络(Deep Q-learning Network,DQN)方法.首先,基于用户关联和功率控制最优化问题,构建了正交频分多址的双层异构网络系统模型,以实现智能决策;其次,根据应用场景和多智能体DQN框架的动作空间,对状态空间和奖励函数进行重构;最后,通过选取具有宏基站(Base Station,BS)和小型BS的两层异构网络,对多智能体DQN算法的性能进行仿真实验.仿真结果表明,相较于传统学习算法,多智能体DQN算法具有更好的收敛性,且能够有效提升用户设备(User Equipment,UE)的服务质量与能效,并可获得最大的长期总体网络实用性.     

无线通信网第m佳用户调度安全性能分析

针对发送端有多个用户(M)并且存在窃听者的无线通信系统的安全问题,在最优用户选择的基础上,提出选择第m佳的用户来发送信息,根据提出的模型思想进一步推出该方案下的安全中断概率表达式,最后通过仿真实验来分析安全中断概率与信道信噪比、安全传输速率以及发送端用户数目之间的关系。仿真结果表明:(1)当固定其他条件不变,主信道信噪比增加、窃听信道信噪比减少、安全传输速率变小和发送端用户增加都能使安全中断概率减小,使系统的安全性能提高;(2)仿真结果与理论分析一致,随着m的减小,安全中断概率减小,系统的安全性能变好,当选择最佳的用户时,系统的安全中断概率最小,安全性能最好;(3)提出的选择方案相对随机选择发送端的用户有显著的优点,降低了通信系统的安全中断概率,有效提高了系统的通信安全。     

5G超密集网络环境下功率控制方案研究

超密集网络(Ultra Dense Network,UDN)是一种通过密集化地部署各种低功率小基站来提升系统容量的技术,因可以解决小区覆盖盲区、实现用户无缝连接、缓解宏基站压力以及配置灵活等优点被列为未来5G通信系统的关键技术之一。在密集基站的网络部署下,基站与终端的路径损耗有所降低,在增大有益信号的同时也提升了干扰信号,影响通信系统的性能和用户终端的服务质量。为提升用户的服务质量和降低系统损耗,提出了一种跨层功率最大化方案,选取发射功率最强的小基站作为服务基站。提出一种协作功率最大化控制方案,选取2个小基站为用户提供协作式数据传输服务。仿真结果表明,2种方案均能提升用户的服务质量,后者在能效等指标上要优于前者。     

认知中继网络中基于频谱感知的自适应功率控制策略

针对采用联合overlay和underlay频谱共享模式的认知中继网络,基于频谱感知结果和干扰信道条件,提出了自适应功率控制策略,从理论上分析了次用户的中断概率。通过Monte-Carlo仿真,与单一overlay或underlay频谱共享模式和固定功率控制方案下次用户的中断性能进行了比较。仿真结果表明,采用自适应功率控制方案,在相同中断概率条件下,次用户对主用户的干扰概率降低了70%~80%;在相同干扰概率条件下,次用户的中断概率降低了1~2个数量级,频谱共享性能得到了有效提高。     

基于射频能量采集的Underlay CRN的能效优化

提出一种基于射频(RF)能量采集的认知无线电网络(CRN)架构。次用户(SU)消耗的总能量必须等于或小于采集的总能量,以保护主用户(PU)不受干扰。在满足次用户的服务质量前提下,确定在射频能量采集认知无线网络中最大化能效的最优传输时间和功率分配。在能效最大化过程中,引入吞吐量约束,找到服务质量和能源消耗之间的平衡。能效优化是一个非线性分式规划问题,使用坐标上升将其分成2个子问题,即给定传输时间下的功率分配与给定功率分配下的传输时间选择,然后使用Charnes-Cooper变形方法将非凸问题转化为一个等价凹问题。仿真结果表明,该方案能够实现有效的能效优化。