基于无人机中继的星地认知网络波束成形算法

针对基于无人机中继的星地认知网络,提出了两种波束成形（beamforming, BF）算法,通过对各种干扰进行抑制,实现系统间的频谱共享。具体而言,在基于无人机中继的卫星网络作为次级网络、地面网络作为主网络的情况下,以无人机最大发射功率和主用户所受干扰为约束条件,建立次级用户信干噪比最大化准则的优化问题;接下来在已知次级用户统计信道状态信息的条件下,提出一种基于迭代的BF算法对优化问题进行求解;更进一步,为了降低迭代算法的实现复杂度,提出了一种基于迫零的BF算法。最后,计算机仿真验证了所提两种波束成形方案的正确性与有效性。     

星地融合网络中基于层分复用的广播和单播传输鲁棒波束赋形

星地融合网络(STIN)为解决下一代无线通信中地面基站存在的覆盖范围约束和频谱短缺瓶颈提供一种有效架构。针对该融合网络中下行广播和单播单独传输性能受限问题,该文建立基于服务质量(QoS)约束的最小化传输功率优化模型,提出基于层分复用(LDM)的鲁棒联合波束赋形传输方案。且根据最差情况准则,采用S-Procedure及半正定松弛(SDR)方法将具有无穷维约束的鲁棒优化问题转化为具有线性矩阵不等式(LMI)的确定性优化形式,并提出一种基于罚函数的迭代算法求解该问题。仿真结果表明,所提方案在传输功耗方面比传统正交时分复用(TDM)传输方案降低约6 dBm,且用户平均速率相较于非协作传输方案提升明显。     

云无线接入网络高能效功率分配和波束成形联合优化算法

针对云无线接入网络(C-RAN)的资源分配问题,该文采用max-min公平准则作为优化准则,以C-RAN用户的能量效率作为优化目标函数,在满足最大发射功率和最小传输速率约束条件下,通过最大化最差链路的能量效率来实现用户发射功率和无线远端射频单元(RRHs)波束成形向量的联合优化。上述优化问题属于非线性、分式规划问题,为了方便求解,首先将原优化问题转化为差分形式的优化问题,然后通过引入变量将差分形式的、非平滑优化问题转化为平滑优化问题。最终,提出一种双层迭代功率分配和波束成形算法。在仿真实验中,将该文算法与传统的非能效资源分配算法和能量效率最大化算法进行了比较,实验结果证明该文算法在改进C-RAN能量效率和提高资源分配公平性方面的有效性。     

3D MIMO-OFDMA系统中基于垂直波束成形的能效优化算法

针对三维多输入多输出（3D MIMO）正交频分多址（OFDMA）系统,提出了一种能效优化算法。该算法在垂直波束成形技术下,以能量效率最大化为目标,通过调整资源分配、功率分配、天线的波束下倾角来提高系统能量效率。根据分数优化理论,将复杂的分数优化问题转化为较易求解的整式优化问题,然后引入拉格朗日乘子通过不断迭代得到能量效率的最优值。仿真结果表明,所提算法在较少迭代次数下可以获得更高的能量效率。     

非对称信道下双向中继网络中最大化和速率的波束成形设计

双向中继网络的波束成形设计大都基于对称信道的假设。该文考虑非对称信道的情况,通过合理设计波束成形因子,使得系统在中继总功率约束下,其和速率最大化。为解决此非凸的最优化问题,首先提出了一种基于分支定界(branch-and-bound)思想的优化算法,并证明了该算法可获得全局最优解。然后提出了一种次优算法,该算法假设次优解为两个已知向量的线性组合,因而求解次优解只需优化两个实数系数,具有较低的复杂度。仿真表明,分支定界算法性能优于现有其他算法;次优算法相对于分支定界算法有一定的性能损失,但是在节点数较小或中继节点平均功率较低时,次优算法优于其他现有算法。     

星地融合边云协同网络下的资源调度研究

通过边缘计算和云计算的优势互补,面向6G的星地融合网络能够实现资源的弹性分配和协同利用,满足数据处理的实时性和智能化要求。为了提升资源服务能力和用户体验质量,提出了星地融合边云协同网络架构。首先,阐述了三种不同边云协同模式下的资源调度方案,从时延、能耗和多目标优化的角度分析了不同场景下的资源调度策略。然后,对比了现有资源调度求解模型和算法的优势和局限性。最后,对基于边云协同的星地融合网络中的资源调度研究进行了总结与展望。     

无线传感器网络中能量有效的波束成形机制

针对无线传感器网络中单个节点能量和通信距离均受限,以及传统波束成形机制中由于忽略能耗均衡而造成单个节点过早死亡的特点,提出了一种能量有效的波束成形机制。首先分析了节点个数、发射系数、功率受限、相位等因素对网络能耗的影响,给出了对应的设计原则。然后,基于此原则来选择参与发射的节点,并结合节点的剩余能量和相位来调整各自的发射系数。理论分析和仿真结果表明,该机制有效地增加了数据成功传输的次数,均衡了节点间的能耗,延长了网络寿命。     

多播传输模式下的卫星通信安全波束成形算法

与地面无线通信系统相比,卫星通信的广域覆盖特性使得信息安全传输问题成为该领域更具挑战性的研究课题.为了提升多播传输模式下卫星通信系统的物理层安全性能,本文针对不同信道状态信息(Channel State In-formation,CSI)研究了两种安全波束成形(Beamforming,BF)算法.在合法用户和窃听者CS...     

多维正交天线的鲁棒波束成形算法分析

将服务质量(QoS)概念引入码分多址(CDMA)系统鲁棒波束成形(BF)的分析,通过对基站端天线阵元空间排列的调整,使接收信号同时在三维空间进行处理,使用凸优化算法对各维信号进行多目标约束优化,最终形成所需的合成发射波束模式。文中最后给出了仿真结果,并与WUSIC及MMSE算法进行了性能比较。     

面向6G的星地融合网络架构

通过对卫星星座的发展和星地融合网络研究的回顾,明确了6G的星地融合网络的发展趋势,提出了智简赋能的6G网络体系架构和弹性可重构的6G星地融合架构,并分析了星地融合网络中的关键技术问题,包括星上轻量化虚拟化技术、星上边缘计算功能以及广播/多播技术。认为6G星地融合网络将通过星地协同实现网络资源和计算资源的统一调度,同时可以根据业务需求和网络状态智能实现网络功能的按需弹性部署。     

Jamming-Aided Secure Communication in Ultra-Dense LEO Integrated Satellite-Terrestrial Networks

The ultra-dense low earth orbit(LEO) integrated satellite-terrestrial networks(UDLEO-ISTN)can bring lots of benefits in terms of wide coverage,high capacity, and strong robustness. Meanwhile, the broadcasting and open natures of satellite links also reveal many challenges for transmission security protection, especially for eavesdropping defence. How to efficiently take advantage of the LEO satellite’s density and ensure the secure communication by leveraging physical layer security with the coo...     

基于智能反射面辅助的无线供电通信网络鲁棒能效最大化算法

为了解决能量收集效率易受到障碍物阻挡和信道不确定性影响的问题,该文提出一种基于智能反射面(IRS)辅助的无线供电通信网络鲁棒能效(EE)最大化算法。首先,考虑最小收集能量、IRS相移、最小吞吐量等约束,基于有界信道不确定性,建立一个联合优化能量波束、相移、传输时间的多变量耦合非线性资源分配模型。然后,利用最坏准则、变量替换和S-Procedure等方法,将原非凸问题转换为确定性凸优化问题,同时,提出一种基于迭代的鲁棒能效最大化算法进行求解。仿真结果表明,与现有算法比较,该文算法具有较好的能效和鲁棒性。     

蜂窝物联网中短包域能量效率最大化波束成形优化与设计

为了满足未来蜂窝物联网(IoT)中超高可靠和超低时延的要求,该文提出一种适用于多小区多用户超高可靠极低时延网络短包域公平性能量效率最大化算法。首先,以最小用户传输速率、每个发射机最大功率等约束为限制,构建了一个关于波束成形矢量的非线性分式规划资源配置模型。随后,采用变量代换、连续凸近似等技术,将原始非凸优化问题转化为标准的凸问题,进而提出一种短包域迭代能量效率最优化方法进行求解。最后,数值仿真结果验证了所提算法在短包域具有良好的能量效率性能。     

多小区下行链路系统的资源效率最大化协同波束成形算法

本文研究了基于资源效率优化的多小区多用户协同波束成形算法设计。为了权衡系统频谱效率与能源效率,考虑在单基站发射功率约束以及达到用户服务质量需求条件下最大化系统资源效率,即系统能源效率与归一化系统频谱效率的加权和。由于优化变量之间的耦合性以及约束条件的非凸特性,该优化问题是一种非凸优化问题并且难以直接获得最优解。为了求解所考虑的优化问题,本文联合利用凸近似方法和分数规化理论,提出一种多小区下行链路系统中最大化资源效率的交替优化算法。所提算法的收敛性可以由凸近似方法和单调有界理论保证。同时,数值仿真验证了所提算法的有效性。      

Fuzzy-Based Secure Authentication and Clustering Algorithm for Improving the Energy Efficiency in Wireless Sensor Networks

Wireless Sensor Networks are categorized by the improved energy consumption parameters. The nodes are deployed in challenging surroundings and they are not communicated for a long time with lacking of energy level. These kinds of nodes will be the victim of security attacks, the conciliation nodes are guided all the data packets send to the base station of the network. In this paper proposes, The Fuzzy-based Secured Authentication and Clustering (FSAC) Algorithm observes the different kinds of the data packets transmitted within the sensors to avoid the attacks. The FSAC is implemented to use the proficient routing path to diminish the energy consumption. This method finds the adjacent transmitting node to improve the proficient path setup for the data packet routing using the fuzzy logic method. The simulation results specify that the proposed method increases the energy up to 12% compared to the related methods.

     

Integrated Energy and Trust-Based Semi-Markov Prediction for Lifetime Maximization in Wireless Sensor Networks

Many of today’s computing and communication models are distributed systems that are composed of autonomous computational entities that communicate with each other, usually by passing messages. Distributed systems encompass a variety of applications and wireless sensor networks (WSN) is an important application of it. The tiny, multiple functionality and low power sensor nodes are considered to be interconnected in the WSN for efficient process of aggregating and transmitting the data to the base station. The clustering-based schemes of sensor networks are capable of organizing the network through the utilization of a specifically designated node termed as the cluster head for the objective of energy conservation and data aggregation. Further, the cluster head is responsible for conveying potential information collected by the cluster member nodes and aggregate them before transmitting it to the base station. In this paper, a Reliable Cluster Head Selection Technique using Integrated Energy and Trust-based Semi-Markov Prediction (RCHST-IETSMP) is proposed with the view to extend the lifetime of sensor networks. This proposed RCHST-IETSMP incorporated two significant parameters associated with energy and trust for effective selection of cluster head facilitated through the merits of Semi-Markoc prediction integrated with the Hyper Erlang distribution process. The simulation results of the proposed RCHST-IETSMP scheme is proving to be efficient in upholding the residual energy of the network and the throughput to a maximum level of 23% and 19% predominant to the trust and energy-based clustering schemes considered for investigation.

     

Secure Distributed Routing Algorithm with Optimizing Energy Consumption for Cognitive Radio Networks

In cognitive radio networks, the non-cooperative behavior is an inherent security issue. Then it is important to guarantee the support of the cooperation among nodes. In this paper, first the distributed routing problems with optimizing energy use are translated into a 0–1 integer programming problem by analyzing the dynamical power interference among nodes. Secondly, the key allocation about end nodes is devised to realize the confidentiality about data transmission. Thirdly, a secure distributed routing algorithm (SDRA) with energy use is proposed to ensure the security on end-to-end communication. The simulation and analysis show that the energy use for the SDRA is lower than that of the spectrum and energy aware routing protocol. Moreover, the trust mechanism based on Bayesian theorem is more compatible than that of Beta function for distributed routing algorithm in the actual situation.     

非完美条件下的非正交多址接入星地融合网络性能分析

随着星地融合网络(ISTNs)的快速发展,大量的传感器和无线设备都有无线服务的接入需求,从而对星地融合网络的频谱效率和服务质量提出了新的挑战。不同于传统的正交多址接入技术,非正交多址接入(NOMA)技术可在相同的频率下传输不同用户的信号,其被认作为提高星地融合网络频谱效率的有效方法,从而被广泛研究。目前,针对NOMA和星地融合网络的研究大多都是在理想条件下进行的,由此该文研究更加实际的情况,即在非完美串行干扰消除(SIC)、信道估计误差和同频干扰下,对星地融合网络的性能进行研究。该文在假设卫星端和地面端均采用多天线的前提下,推导了系统遍历容量的闭式表达式,验证了非完美条件对于系统性能的影响。同时蒙特卡罗仿真验证了理论分析和推导的正确性。     

异构网中基于BD的协作波束赋形算法研究

波束赋形是下一代无线蜂窝网中提高频谱效率的一项重要技术,文中在多用户波束赋形技术的研究基础上,研究了CoMP中的CB技术。针对LTE系统中的小区间干扰严重,且已有的干扰协调技术无法有效解决边缘用户频谱效率低的问题,LTE-A系统引入了多点协作传输/接收技术。该技术通过相邻小区间的联合处理或协作波束赋形,可抑制小区间干扰,提高用户的接收信号质量,使系统容量和小区边缘用户的频谱效率得到有效提高。