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.     

存在干扰下的多无人机中继波束形成策略

无人机（Unmanned aerial vehicle, UAV）作为空中中继平台能够快速、方便地建立起一条可靠高效的数据传输链路，在应急通信等领域受到了国内外学者的广泛关注。为提升存在干扰下的基于放大转发的多UAV中继传输系统的通信质量和性能，本文提出了两种波束形成（Beamforming, BF）策略。首先给出地面接收端信干噪比和可达速率的理论表达式；然后分别建立以UAV中继总功率最小化和可达速率最大化为准则的优化问题，推导出了相应的最优BF权向量的解析表达式；最后，计算机仿真验证了所提BF策略的正确性和有效性。     

基于门限判断DF协议的多无人机中继传输中断性能分析

UAV（unmanned aerial vehicle,无人机）中继系统作为远距离数据传输的一种有效手段,成为当前无线通信领域的一个研究热点。首先在考虑路径损耗等实际参数的前提下,建立了基于多个UAV的中继协作传输系统模型,得到采用门限判断 DF（decode-and-forward,译码转发）协议时系统的最大输出 SNR （signal-to-noise ratio,信噪比）表达式。接着,假设上行链路和下行链路均服从Rician分布,推导出多UAV中继传输系统的中断概率闭合表达式,并且进一步得到了高信噪比条件下中断概率的渐近表达式、系统的分集度和阵列增益,为分析系统参数对中断性能的影响提供了更加便捷的方法。最后,计算机仿真验证了理论分析的正确性,并且定量分析了无人机中继个数、配置的天线数目以及中断阈值对系统中断性能的影响,为实际的系统设计和应用提供参考。     

基于统计信道状态信息的多波束卫星系统安全波束成形设计

由于卫星通信的广域覆盖特性和信道的广播特性,使得通信过程存在被窃听的风险。为增强多窃听场景下多波束卫星通信系统的安全性,在已知统计信道状态信息条件下,本文分别针对总发射功率最小化和安全速率最大化问题,提出了相应的波束成形（Beamforming, BF）方案。首先,以安全速率为约束建立总发射功率最小化问题,通过拉格朗日乘子法推导出最优BF权矢量的解析表达式;然后,以安全速率最大化为准则,分别建立了以总发射功率受限和单波束发射功率受限的优化问题。针对总功率约束下的优化问题,根据广义瑞利商方法求出最优BF权矢量的解析表达式;针对单波束发射功率约束下的优化问题,通过引用辅助变量将非凸优化问题转换为凸优化问题,进而提出了一种基于黄金分割法的BF算法计算出最优BF权矢量。最后,通过计算机仿真验证了所提方案的有效性与正确性,并进一步分析了系统参数对安全性能的影响。与传统的BF方案相比,所提BF方案能更好地抑制窃听过程,从而获得更高的安全性能。