多天线无人机通信系统中的安全波束成形方案

针对第6代移动通信系统中多天线无人机通信下行链路传输系统,在有多个合法用户和单个窃听者的场景以及已知窃听者统计信道状态信息的情况下,提出了2种安全波束成形方案：一种是基于迫零算法的波束成形方案,在系统传输总功率受限条件下最大化系统可达安全速率,得到了波束成形权矢量和功率分配因子的闭合解;另一种是基于增强信漏噪比算法的波束成形方案,采用一种分式规划和交替方向乘子法（ADMM）相结合的迭代算法,实现波束成形权矢量和功率分配因子的设计.仿真结果表明,相比较于迫零算法,基于ADMM的增强信漏噪比算法能够有效地提升系统的安全性能.     

基于mMIMO的MEC安全节能资源分配方法

移动边缘计算（MEC）系统在恶意用户干扰攻击和窃听的双重威胁下,会带来上行卸载受阻、用户信息泄露、系统能源利用率低等问题.对此,利用物理层安全技术防止窃听,并利用大规模多输入多输出（mMIMO）技术来减少干扰及用户能耗.此外,在时延受限的条件下,通过联合优化用户的卸载决策、发射功率以及卸载速率,实现用户总能耗最小化.针对此非凸的多目标优化问题,首先利用拉格朗日乘数法得到用户卸载数据量的闭合表达式,然后利用迭代算法得到用户最优的发射功率以及最大卸载速率.仿真结果表明,所提出的mMIMO-MEC安全卸载方案在解决干扰和窃听等安全问题的同时,有效地降低了系统的总能耗.     

双向多天线中继系统中安全速率受限的功率最小化

针对双向多天线中继系统中存在多个单天线窃听者的场景,在保证两个源节点安全速率情况下,提出了两种中继节点发送功率最小化方案：人工噪声辅助的波束成形（artificial noise aided beamforming, ANAB）方案和零空间波束成形（null space beamforming, NSB）方案。ANAB采用半定松弛（semidefinite relaxation, SDR）技术和连续的凸估计（successive convex approximation, SCA）算法,得到局部最优的波束成形和人工噪声协方差矩阵。考虑到中继节点的天线个数大于窃听节点个数,设计了低复杂度NSB方案,在等效窃听信道矩阵的零空间中发送保密信息,通过求解一个SDP问题得到波束成形解。仿真结果表明,所提的安全发送方法可以有效地降低中继节点的发送功率。     

认知双向中继网络下分布式鲁棒波束成形

针对认知双向中继网络下信道状态信息不理想的情况,提出了基于信干噪比(SINR)平衡的分布式鲁棒波束成形算法. 该算法的最优波束成形因子在满足中继总功率和主用户接收端干扰功率受限的条件下,使认知用户在最差情况下的SINR最大化. 通过使用S-Procedure,并引入半正定松弛思想,可将原优化问题转化为凸优化可行性问题进行求解. 仿真结果表明,该算法可有效降低认知用户对主用户接收端的干扰,保证主用户的正常通信,验证了该算法的有效性和鲁棒性.     

全双工能量受限中继网络的安全波束成形设计

为了解决全双工能量受限中继网络的无线物理层安全问题,提出了一种基于能量和信息联合传输的安全波束成形方法.在满足中继节点和能量收集节点收集能量的约束条件下,通过联合优化能量信号协方差矩阵、波束成形矩阵和功率分配因子,实现了系统安全速率最大化.目标问题是非凸的,采用分步优化方法将原始问题转化为2个子问题.将第1个子问题转化为双层优化问题,外层优化问题采用一维搜索求解,内层优化问题采用半定松弛技术解决;然后通过一维搜索得到第2个子问题的最优解.仿真结果表明,提出的方法显著提高了系统的安全速率.     

下行RIS-NOMA系统交替优化波束形成方法

为了最大化可重构智能反射面(RIS)辅助多输入单输出非正交多址(NOMA)通信系统中的加权和速率，提出了一种分式规划和连续凸逼近结合交替优化主被动波束形成的方法。首先，利用分式规划将加权和速率问题转化成分式问题并解耦信号和噪声功率；然后，分别利用拉格朗日乘子法和连续凸逼近交替优化主被动波束形成，从而将非凸最大化加权和速率问题分解成多个凸优化问题迭代求解；最后，获得主动波束形成的最优解和被动波束形成的次优解。仿真结果表明，所提方法有效地解决了RIS-NOMA通信系统中的波束形成问题，并且用户能够获得理想的速率提升。     

基于线性约束最小方差对角加载的稳健频率不变波束形成算法

针对实际环境中因麦克风阵列失配误差导致宽带波束形成器性能下降的问题,提出基于线性约束最小方差对角加载的稳健频率不变波束形成算法.该算法首先在线性约束最小方差准则的基础上,结合空间响应偏差函数,并对波束形成器权矢量的二范数施加不等式约束,再通过拉格朗日乘子法和凸优化工具箱CVX(Con Ve X)分别在不等约束条件下求得权矢量的解析解和全局最佳解,以有效解决麦克风的增益、相位和位置等的不确定性造成的失配误差问题,提高频率不变波束器的稳健性.仿真结果表明:采用拉格朗日乘子法求解该算法的最优权矢量所得到的波束形成器对失配误差最不敏感,性能最稳健.     

部分信道状态信息下抗窃听协作中继传输方案

给出一种在缺少窃听节点信道信息、存在直接链路的情况下基于放大转发的中继波束赋形加人工噪声的传输方案。基于凸优化理论,对中继的波束赋形权值进行了优化,优化结果是唯一的和全局性的。仿真结果表明:利用此方案能够有效地防止窃听节点窃听,减少信息泄露,从而提高安全传输速率。     

超密集网络空域协同波束形成研究

为了降低超密集网络(UDN)小区微型化所带来的严重小区间干扰,提出一种基于空域协同波束形成的UDN干扰消除方法。首先建立超密集网络协同波束形成的多目标优化系统模型,然后利用凸优化方法求解得到原问题的最优解(协同波束形成器);针对最优波束形成器难以工程实现的局限,结合最优解结构特征,设计了由信号泄漏噪声比波束形成导向矢量和最优功率分配构成的线性次优波束形成器。仿真结果表明,该波束形成器能有效地抑制小区间干扰而提高系统容量。     

一种基于导向矢量约束的恒模盲波束形成算法

针对阵列信号波达角(direction of arrival,DOA)先验信息已知的情况,利用信号的恒模特性,在卡尔曼滤波(Kalman filter,KF)结构下,提出一种附加阵列导向矢量约束的自适应波束形成算法.对约束情况下的卡尔曼滤波目标函数运用拉格朗日乘子法,求得约束条件下的最优估计表达式,并将其推广到无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter,UKF)算法中,通过约束迭代算法对阵列估计信号的导向角施加约束,实现约束UKF自适应波束形成算法的最优权值分配.仿真过程中,用所提算法与约束恒模迭代最小二乘算法和约束最小方差迭代最小二乘算法作对比,表明表明,该算法在收敛速度、信噪比、稳健性、跟踪性能方面具有较好的性能.     

可重构智能表面辅助的非正交多址接入系统的安全通信研究

可重构智能表面是一种可以通过控制反射元件改变反射信号来改善无线信号传播环境和提高通信安全的有效技术。从物理层安全的角度研究了可重构智能表面辅助的非正交多址接入系统的安全通信,其中多个用户在单天线窃听者存在的情况下,以非正交多址接入的方式同时向单天线基站发送机密信息。研究的目的是通过优化用户的发射功率和可重构智能表面反射元素的相移使系统的总保密率最大化,同时满足发射功率约束、用户服务质量约束和可重构智能表面的每个反射元素的模一约束。虽然涉及的优化问题是非凸的,难以求解,但是本文提出一种基于交替优化和半定松弛的算法求得次优解。仿真结果表明,与2种基准方案对比,所提出的算法一定程度上提高了系统的总保密率,为可重构智能表面辅助的非正交多址接入系统的安全通信研究提供参考。     

无线多载波信道的保密容量及最优功率分配

从信息论的角度,研究了宽带通信系统以多载波方式传输时可以实现的保密通信容量问题.将传统多载波窃密（wiretap）信道模型推广到多载波系统,推导了窃密信道可达保密容量的计算公式.在发送端总功率受限的条件下,进一步建立了最大化保密容量的优化模型,并根据发送端信道条件获知程度的不同,提出了相应的多载波最佳功率分配策略.仿真与分析结果表明,与发送端均匀分配功率相比,利用不同获知程度的信道状态信息,经过功率优化分配,可以提高保密容量     

Robust MSE precoder for imperfectly known MIMO wireless correlated channel

Aimed at that only one form of channel statistic information is utilized in traditional robust precoder schemes: either the channel mean or the transmit antenna correlation in multiple-input multiple-output (MIMO) wireless system, this paper proposes robust precoder designs which exploit both of statistic information to minimize the equalization mean-square error (MSE) with power constraint. Two different power constraints are studied. Besides the usual sum power constraint over all antennas, the per-antenna power constraint is imposed at transmitter in this paper. Since each antenna has its own amplifier, individual power constraint on each antenna is more realistic. Especially in MIMO-OFDM systems, the Peak-to-Average Ratio (PAR) is one of main practical problems. Simulations show that the proposed schemes have better performance than traditional normalized zero forcing schemes for imperfectly known correlated channel. Moreover, per-antenna power constraint can efficiently decrease the demand of dynamic range of power amplifier on each transmit antenna, especially in MIMO-OFDM systems.     

一种自适应调制V-BLAST系统的功率受限分配算法

提出了一种自适应调制垂直-贝尔实验室分层空时结构（V-BLAST）系统的低复杂度比特、功率分配算法,满足总平均功率和单根发射天线峰值功率受限条件下使比特率最大化. 该算法可以达到与比特递增分配算法相同的最优分配结果,而计算量大幅度降低. 仿真结果表明,在满足目标误比特率条件下,单天线功率限制会使比特率降低.     

稳健的MIMO雷达发射波形和接收滤波器联合优化设计

针对杂波条件下目标反射信号方向不确定的情况,提出一种稳健的MIMO雷达发射波形和接收滤波器联合优化设计方法.在考虑各阵元发射功率相等的约束条件下,利用发射加权矩阵构造不确定集范围内关于输出信干噪比(SINR)的Maxmin优化模型;在此基础上,利用序列优化、半正定松弛和Charnes-Cooper转换,将非凸的联合优化问题转化为关于发射波形和接收滤波器的凸优化问题进行迭代求解;最后通过随机向量合成方法计算最终发射波形和接收滤波器,并对算法计算复杂度和收敛性给出分析和证明.所提方法在满足阵元发射功率一致的约束条件下,提高了算法稳健性并降低了计算复杂度.仿真实验证明了算法的有效性.     

中继网络Max-Min和Min-Max公平性的功率分配

研究了无线非再生中继网络中基于多用户QoS保证的功率分配策略。由于每个用户的信道状态不同,采用传统的平均功率分配策略并非最优,为了满足用户的QoS要求,首先建立了在总功率受限条件下最小化最大用户中断概率的功率分配方案。然后在中断概率和总功率受限条件下,建立了最大化最小用户速率的功率分配方案。上述功率分配问题可转化为GP(Geometric Programming)问题进行求解,仿真结果表明,所提功率分配策略能有效地满足用户间的QoS要求。     

无人机信息采集系统的端到端吞吐量最大化研究

无人机具有按需快速部署、移动性高、可与地面用户建立起高质量的视距通信链路的优点,能在无线通信和物联网中得到重要的应用。本文研究了一个无人机信息采集系统,在该系统中无人机负责收集多个地面传感器的信息,并将信息回传至信息融合中心。为了最大化信息采集系统的端到端吞吐量,制定了一个联合优化传感器的发射功率、可用带宽的分配、无人机的传输功率和飞行轨迹的优化问题。该优化问题需满足最小信息传输量约束、信息−因果约束、平均和峰值传输功率约束、带宽分配约束和无人机机动性约束,是一个难以直接求解的非凸优化问题。为解决这个问题,本文基于块坐标下降法和连续凸优化方法提出了一个高效的交替优化算法,将问题分解为优化功率带宽和优化无人机飞行轨迹两个子问题,并通过引入松弛变量和一阶泰勒展开的方法将每个子问题变成易于求解的凸优化问题,从而进行交替迭代求解。计算机仿真结果显示所提出的优化算法能够权衡数据收集和数据转发这两段链路,显著提高了系统的端到端吞吐量。同时,通过与另外3种基准方案的性能对比,显示了联合优化功率、带宽和飞行轨迹的必要性。     

无线充电无人机路径规划和通信资源管控算法

无人机因其低成本、部署灵活等优点而被广泛应用在无线通信系统中,有望在未来6 G通信网络中扮演重要角色,但无人机受尺寸和重量的限制导致其系统安全信息容量有限.此外,无人机与地面用户之间的无线信道的广播和视距传输特性导致空地通信极易被地面非法用户窃听.因此,本文基于无线能量传输和物理层安全技术提出一种无线充电无人机路径规划...