基于短包通信的NOMA下行链路安全传输

面向物联网业务中的低时延需求,将短包通信(SPC)和非正交多址接入(NOMA)技术相结合,针对存在窃听者的情况研究多用户NOMA系统中的安全传输问题.以最大化弱用户的安全吞吐量为目标,考虑用户译码错误概率约束、总功率约束和功率分配约束,提出了一种低复杂度的功率分配方案实现系统安全传输.为解决复杂的目标函数和不可靠的串行...     

NOMA系统中利用共轭梯度法的功率分配方案

通过功率分配,5G通信的关键技术——非正交多址（NOMA）实现发射功率域的多用户复用,有效提高了频谱效率。不同的功率分配方案直接影响系统的吞吐量,针对NOMA下行链路现有功率分配算法存在的局部最优问题,提出了一种利用共轭梯度法的最优功率分配方案,采用共轭梯度法求解用户的加权和速率最大化的优化问题。现有理论证明,该方法可以收敛到全局最优解。仿真结果表明,该方法性能优于已有的固定功率分配（FPA）算法和分数阶发射功率分配（FTPA）算法,且此非正交多址（NOMA）系统性能明显优于正交多址（OMA）系统。      

基于双向中继和网络编码的NOMA网络性能分析

针对实际场景中存在的具有上下行双向传输任务的通信系统,本文提出了一种双向中继协作非正交多址接入(NOMA, non-orthogonal multiple access)传输方案,基于解码转发(DF, Decode and Forward)协议研究信号的上行和下行双向传输技术,与现有NOMA方案不同,本方案为近端用户分配较大的功率,利用网络编码(NC, network coding)原理在两个时隙内实现基站和用户之间的双向信息交换。进一步考虑不完美信道状态信息(CSI, Channel State Information)条件,分析系统的传输性能并推导了系统中断概率以及遍历和速率闭合表达式。仿真结果表明,在完美CSI和不完美CSI条件下,相比于现有文献所提方案、单向中继(OWR,One-Way Relay)和正交多址(OMA, Orthogonal Multiple Access)网络,本文所提方案有效降低了系统的传输中断概率,提高了系统的遍历和速率以及系统吞吐量。      

多用户认知非正交多址接入系统中断性能分析及功率分配算法

非正交多址接入(NOMA)是5G网络关键候选技术之一,其与认知无线电(CR)技术相结合形成系统(CRNOMA),能够实现更高的频谱效率及更大的吞吐量。该文将直传与中继协同传输(CDRT)方案引入多用户CRNOMA系统,其中CDRT表示次级源(SS)直接与近端次级用户通信,而仅通过中继(R)与多个远端次级用户通信。在非理想自干扰消除和全双工(FD)中继情况下,推导了每个NOMA用户中断概率(OP)的精确闭式表达。此外,在该系统模型下分析SS, R和用户的收益最优化问题,提出一种基于收益的两阶段迭代功率分配算法。仿真结果显示,在高信噪比(30 dB)条件下,与随机功率分配及平均功率分配方案相比,该文所提算法的用户和速率、SS总收益、R总收益分别可最高提升13%, 56%及26%。蒙特卡罗仿真验证了理论分析与实验结果的一致性。     

基于时延线阵列的毫米波NOMA系统混合预编码设计和功率分配

针对传统毫米波非正交多址接入（NOMA）系统中高精度移相器复杂度高、功耗大的问题,将可进行连续相位调制的低复杂度、低功耗的时延线阵列引入毫米波NOMA系统,研究了该系统能效和谱效。首先,提出一种改进K-means算法对用户进行分组,每组用户采用NOMA技术传输信息;然后,设计了一种基于开关控制时延线阵列的低复杂度混合模拟数字预编码;最后,构建了一个在用户服务质量和系统总功率约束下优化发送功率的能效最大化问题,并提出一种基于Dinkelbach算法和交替优化的两层迭代算法。仿真结果表明,与传统基于移相器的结构相比,所提方案的系统能效和谱效分别提高了32.3%和10.7%。     

多载波多用户下行NOMA系统的资源分配算法

非正交多址接入技术作为5G的候选技术之一受到了广泛关注。研究了以系统吞吐量优化为目标的多载波多用户NOMA系统下行链路的资源分配问题。在该问题的求解中,为了提高系统的吞吐量,子载波间采用线性注水算法,叠加用户间采用分数阶功率分配算法。同时,考虑了远近用户数目不等场景下能够调度更多的用户,在NOMA传输方案设计中引入时分的概念,将整个时间段t分为两个时隙,在不同时隙内实现不同远近用户分组的动态配对方案,从而在保证用户公平性的基础上,充分利用子信道资源,实现系统吞吐量的优化。仿真结果表明,对比于传统NOMA和OFDMA,提出的方法可以在相同的发射功率情况下传输更多的比特数。     

针对NOMA和CR网络的功率分配方法

在基于非正交多址（NOMA）和认知无线电（CR）网络的混合系统中进行功率分配,需要同时考虑主用户（PUs）和从用户（SUs）的服务质量。文章考虑在一个小区中主从用户同时存在,从用户采用NOMA的方式接入系统,并且从用户对主用户的造成的干扰不能影响到主用户的正常通信。本文提出的功率分配方法,可以实现接入系统中的从用户数量的最大化,并且还动态考虑了主用户的数量、信道条件、发送功率以及正常通信时的信干噪比（SINR）阈值等情况,最大可接入从用户的数量还会随着主用户各参数的变化而变化。仿真结果表明,在主用户数量、主从用户SINR阈值设置相同的情况下,所提功率分配方法与FTPC方法相比复杂度相同,但是本文的分配方法可以比FTPC多接入近一半的从用户数量。      

基于NOMA用户中继的卫星网络性能分析

为了满足大规模数据接入以及高通信质量的需求,文章研究了基于非正交多址接入(NOMA)用户中继协作的卫星网络,并分析了中继用户1和受助用户2的中断性能和系统吞吐量,同时也考虑了非理想信道状态信息(CSI)对系统中断性能和吞吐量的影响.最后,通过数值仿真验证了分析结果的正确性.与正交接入(OMA)策略相比,借助NOMA策略...     

I/Q失衡影响下无人机多向全双工中继NOMA传输系统性能分析

无人机(UAV)具备高灵活性、强适应性和高机动性等优势,能够为6G网络提供便捷有效的辅助通信方案.为提高UAV通信系统的频谱效率,让所有用户彼此间在更少的时隙内完成信息交互,该文提出一种全双工(FD)多向中继非正交多址接入(NOMA)(FD NOMA MWRN)传输方案,考虑收发端都存在同相/正交(I/Q)失衡的情况,...     

基于NOMA技术的PLC-VLC用户配对和子载波分配方法

为了提高室内电力线通信和可见光通信(PLC-VLC)系统的吞吐量和用户体验的公平性,该文提出一种改进遗传算法优化用户配对联合子载波分配(IGA-JUPSA)方法.在IGA-JUPSA的用户配对阶段,设计了最优的非正交多址技术(NOMA)用户配对方法,提高PLC-VLC系统的吞吐量;在IGA-JUPSA的子载波分配阶段,设计NOMA与正交多址技术结合的子载波分配策略,设计改进的遗传算法优化不同NOMA组的子载波分配,提高系统的吞吐量和用户体验的公平性.仿真结果表明,所提的用户配对和子载波联合方法可以提高PLC-VLC系统的吞吐量和用户体验的公平性.     

802.11ax系统中基于传输延迟的多用户调度与资源分配算法

IEEE 802.11ax系统中站点(Station,STA)数量众多和潜在的高数据包冲突率导致无线局域网通信效率显著降低,本文针对上行多用户传输中的无效帧填充问题,以每轮传输中用户组的传输延迟为优化目标,提出一种多用户调度和资源分配算法.基于OFDMA上行调度接入中动态传输时间的帧交互方案,接入点(Access Po...     

基于认知无人机移动中继网络的物理层安全通信研究

针对无线频谱资源稀缺和空对地视距(Line of Sight,LoS)链路的安全隐患问题,提出了一种无人机.(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)中继辅助的认知无线电网络(Cognitive Radio Network,CRN)安全传输方案,研究了在主用户和窃听者存在的情况下,次用户发射机向次用户接...     

多用户大规模MIMO自适应安全传输策略

大规模MIMO系统采用空分多址可以提高系统吞吐量,同时利用多用户下行信号的相互协作可以对窃听者造成叠加干扰,带来了天然的安全增益。但目前该系统的物理层安全研究仍采用传统的人工噪声方案,忽略了多用户信号干扰带来的安全增益,造成严重的功率浪费。针对这一问题,该文分析了多用户信号干扰对系统可达平均安全速率和平均安全能效的影响,给出了系统的最佳接入用户区间。研究发现,在系统接入用户数较少和用户数较多时,系统安全能力较弱,针对此分别提出了N波束加扰和基于用户位置的用户调度的自适应安全传输策略。最后通过仿真验证了理论推导和所提策略的有效性,利用该文所提策略,能够保证系统天然安全能力不足时的安全通信。     

基于GSIC的上行链路毫米波大规模MIMO-NOMA系统低功耗传输方法

非正交多址接入（non-orthogonal multiple access,NOMA）和毫米波大规模多输入多输出（multiple-input multiple-output,MIMO）的结合能够支持未来无线通信网络的巨流量大连接需求。研究了上行链路毫米波大规模MIMO-NOMA系统中的功率最小化问题，提出了基于群体串行干扰消除（group-levelsuccessiveinterference cancellation,GSIC）的混合波束成形毫米波MIMO-NOMA上行传输系统新架构。具体来说，根据信道增益对用户进行群体划分，不同群体用户由NOMA服务，群体内用户采用空分多址区分。通过给不同群体设计模拟波束成形矩阵，对数字波束成形和功率控制进行联合优化，提出了一种并行迭代算法来解决优化问题。仿真结果表明，所提出的新架构在总功率方面优于传统的基于分簇和用户级串行干扰消除的毫米波大规模MIMO-NOMA。     

非理想SIC下全双工NOMA系统的安全性能分析

针对存在多个非共谋窃听者,研究了一种基于全双工中继和两阶段中继选择（TSRS）的非正交多址接入（NOMA）物理层安全通信方案。每个通信过程包含一个传输时隙,系统在每个时隙开始由TSRS策略选择最优中继,所选中继在从源节点接收NOMA叠加信号的同时,向两个目的节点转发上一时隙的再编码叠加信号,两个目的节点采用串行干扰消除（SIC）技术从中继叠加信号中解码获取各自的期望信号。推导了非理想SIC下系统安全中断概率的近似表达式,进行了蒙特卡洛（Monte-Carlo）仿真验证,同时分析了各仿真参数（SIC残余干扰系数、目标安全速率、中继规模等）与系统安全中断概率的关系。理论分析与模拟仿真的结果表明,全双工技术与TSRS的结合方案能有效提升系统的安全中断性能。将该方案应用于实际通信系统设计时,选择合适传输信噪比（SNR）、提高串行干扰消除能力或适当增加中继数量均可实现更好的保密性能。     

智能窃听下协作NOMA网络的性能分析

针对下行双用户NOMA (Non-Orthogonal Multiple Access)系统模型中存在智能窃听者,该窃听者可以自适应地选择被动窃听或主动干扰工作模式,在不精确了解其干扰水平的情况下,部分NOMA用户很有可能遭遇传输质量下降乃至保密中断,这将对信息安全传输构成严重威胁。另外,由于信道衰落,用户的位置对系统整体性能有很大影响,难以保证距离源节点较远用户的传输质量。为解决上述问题,本文提出了一种新型的两阶段用户协作方案。第一阶段,远用户采用全双工(full-duplex,FD)干扰智能窃听者,第二阶段,近用户可作为一个中继协助源节点转发远用户信号信息,并在接收端采用串行干扰消除（Successive Interference Cancellation, SIC）技术进行解码。使用户间达成合作,提高通信链路安全性和用户服务质量。考虑到系统中不同用户的信息接收速率与通信需求不同之间的相关性,分别推导了遍历安全容量和遍历容量的解析表达式,同时分析了功率分配因子和用户间协作发射功率等因素对性能的影响,并通过Monte-Carlo仿真验证了其正确性。