分布式机器学习在RIS辅助的无线信道估计中的应用

无线信道估计是部署可重构智能超表面(Reconfigurable Intelligent Surface, RIS)辅助通信系统的关键与前提,然而下行链路传输环境下信道估计困难且导频开销大是对智能超表面辅助通信的重大挑战。针对以上问题,提出了一种基于分布式机器学习(Distributed Machine Learning, DML)训练模型的区域交集切换方案。首先,建立了一个多用户共享的下行信道估计神经网络,通过DML技术协同用户与基站训练网络模型。其次,搭建分层次神经网络结构对用户区域信道进行分类和特征提取。最后,针对用户处于相邻信道交集位置问题采用特征区域模型融合。仿真结果表明,基于区域交集的DML模型方案能在减少信道训练导频开销的同时最大化信道估计的精准性能。     

面向服务质量的RIS辅助的多用户NOMA系统功率分配方案

可重构智能超表面(RIS)可被视为通信网络中具有特殊功能的“中继”来配合非正交多址接入(NOMA)系统构建一种协同的信息传输方案。考虑到未来物联网(IoT)场景下不同用户设备对服务质量(QoS)的不同需求,该文提出一种RIS辅助的多用户NOMA通信系统模型,并针对两类用户(信息用户和能量用户)的QoS需求设计了一种基于迭代优化的功率分配方法。该方法通过联合设计RIS相移矩阵、基站端波束赋形以及NOMA系统串行干扰消除顺序来最小化系统的总发射功率,以全面减轻通信系统中基站的能耗负担。仿真结果表明,与无RIS的场景相比,RIS辅助的NOMA系统可有效减小基站的能耗;在有RIS的场景下,所提功率分配方法的能耗明显低于RIS端随机选择相位的方式和基站端直接采用迫零波束赋形的方式。     

可重构智能表面辅助的非正交多址接入网络鲁棒能量效率资源分配算法

为提高非正交多址接入(NOMA)网络的鲁棒性和系统能效(EE),考虑了不完美信道状态信息,该文提出一种可重构智能表面(RIS)辅助的NOMA网络鲁棒能效最大资源分配算法。考虑用户信干噪比(SINR)中断概率约束、基站的最大发射功率约束以及连续相移约束,建立了一个非线性的能效最大化资源分配模型。用Dinkelbach方法将分式形式的目标函数转换为线性的参数相减的形式,利用S-procedure方法将含有信道不确定性的SINR中断概率约束转换成确定性形式,利用交替优化算法将多变量耦合的非凸优化问题分解成多个凸优化子问题,最后用CVX对分解出的子问题进行求解。仿真结果表明,在EE方面,所提算法比无可重构智能表面(RIS)算法提高了7.4%。在SINR中断概率方面,所提算法比非鲁棒算法降低了85.5%。     

一种基于随机几何理论的RIS辅助PD-NOMA网络物理层安全增强方法

为提升基于非正交多址访问(NOMA)大规模雾接入网络的上行物理层安全(PLS),该文考虑了可重构智能表面(RIS)辅助无小区(CF)传输场景。基于功率域复用NOMA(PD-NOMA)并调用随机几何工具将空间效应引入所考虑网络的RIS模型设计,基于该方法来增强其PLS。该网络采用发射机-发射机对建模、Fisher-Snedecor $\mathcal{F}$模型表征复合信道,并重新设计了RIS反射模型。首先推导出所考虑网络组合信道增益的新统计特性,接着推导出RIS辅助PD-NOMA传输场景保密中断概率(SOP)的解析表达式。分析结果和仿真结果表明：该RIS设计能有效提高边缘用户信道质量,从而改变该网络NOMA用户对连续干扰消除(SIC)顺序;该RIS设计及排斥性雾节点(F-AP)部署均可增强该网络PLS,其中,基于β-Ginibre点过程(β-GPP)部署F-AP,在同等条件下,不需增加部署成本即可使SOP至多降低约2个数量级、使保密速率至多提升约$10.5\% $。     

基于一种新型架构的可重构智能超表面研究北大核心CSCD

本文介绍了一种可重构智能超表面（Reconfigurable Intelligent Surface, RIS）体系结构设计。该结构包括一块贴片天线、一块RIS和一个功率放大器。第一块天线接收的信号通过功率放大器馈入第二块RIS，前者固定指向基站，后者可以对信号相位调控。通过引入单个功率放大器，新设计克服了传统RIS的信号路径损耗问题，提高了信号的强度和质量。本文利用理论分析、仿真和信噪比(SNR)比较，验证了新设计相对于传统RIS的优势。相比于传统的无源RIS结构，新设计的优势显而易见。它不仅减弱了路径损耗，还简化了实施过程，降低自干扰，提高了通信系统的性能和可靠性。     

多速率CDMA系统中多址干扰对系统容量的影响

第三代蜂窝移动通信系统能以不同的数据率和服务质量（Quality of Service,QoS）支持不同类型的通信业务。随着同时接入系统的用户数目的增加,多址干扰（MAI）也逐渐增加,不仅严重影响了CDMA通信系统的性能,也限制了系统容量的提高,且在异步传输方式下,多址干扰将更为严重。为此,首先在理论上分析了多址干扰对单速率CDMA系统容量的影响;然后,通过计算机仿真,讨论了异步多速率CDMA通信系统中多址干扰对系统容量的影响。     

IRS辅助的共生无线电系统鲁棒优化算法设计

共生无线电技术可用于提高频谱效率与能量效率,但其中物联网接收机的接收信号强度较弱,在共生无线电系统中部署智能反射表面是针对该问题的一种有效解决方案。首先,在完美信道状态信息可知时,考虑基站信息速率要求、反射单元相移的约束、反向散射设备的解码顺序与反射系数的约束,联合优化无源波束赋形与反向散射设备的反射系数来最大化所有反向散射设备中最小的吞吐量。然后,考虑到系统中的实时完美信道状态信息很难获得的问题,提出了针对不完美信道状态信息的鲁棒优化算法。仿真结果验证了智能反射表面可使共生无线电系统性能大幅提升,相较于保守方法,所提的鲁棒优化算法可降低不完美信道状态信息造成的性能下降。     

IRS辅助的NOMA无人机网络安全速率最大化算法

该文研究了智能反射面(IRS)辅助基于非正交多址接入(NOMA)技术的无人机(UAV)网络中的安全传输。为了使系统安全速率最大化,该文提出联合优化无人机位置、串行干扰消除解码顺序、IRS反射矩阵和UAV发射功率的资源优化问题。由于优化问题是一个混合整数非凸优化问题,该文提出一种基于块坐标下降的迭代算法,将原问题分解为3个子问题,采用基于惩罚、半正定松弛和连续凸逼近的方法求解子问题。仿真表明,所提算法的系统安全速率优于没有IRS辅助的NOMA方案和没有IRS辅助的正交多址方案。     

RIS辅助的混合RF/THz系统性能分析

针对太赫兹(THz)链路传输距离短的问题,研究了智能反射表面(RIS)辅助的混合双跳射频(RF)/THz系统的性能.RIS用于增强信号强度,从而提升系统性能.采用固定增益放大转发协议,推导了混合RF/THz链路端到端信噪比的累积分布函数和概率密度函数表达式.利用这些统计特性,进一步推导了该混合中继系统的中断概率、平均误...     

基于生成对抗网络的RIS辅助系统信道估计算法

针对可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface, RIS)辅助的通信系统中难以获取准确信道状态信息(Channel State Information, CSI)的问题,提出一种基于条件生成对抗网络(conditional Generative Adversarial Network, cGAN)的深度学习算法,用于实现可重构智能表面辅助单输入多输出(Reconfigurable Intelligent Surface assisted-Single Input Multiple Output, RIS-SIMO)系统的上行信道估计。采用最小二乘(Least Squares, LS)估计算法进行信道的粗估计,进一步设计cGAN将信道估计问题建模为低分辨图像到高分辨图像的恢复问题,通过设计网络结构和改进损失函数来提高信道估计的精度。仿真实验表明,相比传统的LS算法以及基于卷积的深度残差网络(CNN based Deep Residual Network, CDRN)估计算法,所提算法具有更高的估计精度,且可以适应更少导频数目和更复杂的应用场景。     

OFDMA分布式无线接入网络中基于共享标准的资源分布研究

Distributed radio access network (DRAN) is a novel wireless access architecture and can solve the problem of the available spectrum scarcity in wireless communications. In this paper, we investigate resource allocation for the downlink of OFDMA DRAN. Unlike previous exclusive criterion based algorithms that allocate each subcarrier to only one user in the system, the proposed algorithms are based on shared criterion that allow each subcarrier to be allocated to multiple users through different antennas and to only one user through same antenna. First, an adaptive resource allocation algorithm based on shared criterion is proposed to maximize total system rate under each user’s minimal rate and each antenna’s maximal power constraints. Then we improve the above algorithm by considering the influence of the resource allocation scheme on single user. The simulation results show that the shared criterion based algorithm provide much higher total system rate than that of the exclusive criterion based algorithm at the expense of the outage performance and the fairness, while the improved algorithm based on shared criterion can achieve a good tradeoff performance.     

Adaptive Resource Allocation for MC‐CDMA and OFDMA in Reconfigurable Radio Systems

This paper studies the uplink resource allocation for multiple radio access (MRA) in reconfigurable radio systems, where multiple‐input and multiple‐output (MIMO) multicarrier‐code division multiple access (MC‐CDMA) and MIMO orthogonal frequency‐division multiple access (OFDMA) networks coexist. By assuming multi‐radio user equipment with network‐guided operation, the optimal resource allocation for MRA is analyzed as a cross‐layer optimization framework with and without fairness consideration to maximize the uplink sum‐rate capacity. Numerical results reveal that parallel MRA, which uses MC‐CDMA and OFDMA networks concurrently, outperforms the performance of each MC‐CDMA and OFDMA network by exploiting the multiuser selection diversity.     

非理想信道状态信息下RIS辅助的安全通信

利用可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface, RIS)辅助无线发射机,可提高多用户无线网络的安全传输能力。在非理想信道状态信息(Channel State Information, CSI)下提出了鲁棒波束形成优化方法来提高系统对抗干扰和窃听攻击的能力。具体地,使用RIS辅助发射机,对RIS的相位波束形成和基站的传输功率进行联合优化,在分别满足有界CSI的最坏情况速率约束和统计CSI的速率中断概率约束来最小化系统的总传输功率。由于存在CSI误差,针对有界CSI和统计CSI误差约束,分别利用S-procedure来松弛保密速率约束和大偏差不等式(Large Deviation Inequality, LDI)来松弛保密速率中断概率约束。仿真结果表明,相比于无源反射法和传统波束形成方案,该方法可分别降低约88%和93%总传输功率,同时提高约15 dBm和12 dBm的干扰容限。     

无线供电混合多址接入网络的最优能效资源分配研究

在能量受限的通信系统中，能量效率是衡量系统性能的关键指标.本文研究由一个基站和多个分簇用户组成的无线供电混合非正交多址接入系统.在该网络中，基站通过无线能量传输方式给用户供能，用户则利用收集到的能量向基站传输各自的信息.为降低基站的接收解码复杂度，用户采用分簇的方式进行信息传输：簇间用户的信息传输采用时分多址方式，而簇内用户的信息传输采用非正交多址方式.通过联合分配能量传输与信息传输的时间长度以及控制基站和用户的发射功率来实现网络能量效率的最大化.由于涉及的优化问题是非凸的，本文先通过寻找问题最优解的结构，然后根据分式规划理论，提出了一种新的迭代资源分配算法来求解该问题.仿真结果表明，与"吞吐量最大化策略"和 "固定时间分配策略"两种基准策略相比，所提出的算法显著提高了网络的能量效率.     

认知无线电中多址接入的随机延时边界分析

认知无线电(CR)系统中,次用户通过机会调度和多址方式接入主用户信道进行传输。为分析延时性能,该文采用随机网络演算方法,将非竞争接入(CF)和竞争接入(CB)两种主要的多址接入方式,以及机会调度建模为次用户得到的随机服务。然后推导出相应的随机服务曲线,及次用户的延时边界。通过分析比较不同网络参数下的数值计算结果,证明了延时边界的正确性,并为次用户多址接入方式的改进提供了重要的参考。     

An OCDMA Scheme to Reduce Multiple Access Interference and Enhance Performance for Optical Subscriber Access Networks

We propose a new optical code division multiple access (OCDMA) scheme for reducing multiple access interference (MAI) and enhancing performance for optical subscriber access networks using modified pseudorandom noise (PN)‐coded fiber Bragg gratings with bipolar OCDMA decoders. Through the bipolar OCDMA decoder and the modified PN codes, MAI among users is effectively depressed. As the data are encoded either by a unipolar signature sequence of the modified PN code or its complement according to whether the data bit is 1 or 0, the bit error ratio (BER) can be more improved with the same signal to interference plus noise ratio over the conventional on‐off shift keying‐based OCDMA system. We prove by numerical analysis that the BER of the proposed bipolar OCDMA system is better than the conventional unipolar OCDMA system. We also analyze the spectral power distortion effects of the broadband light source.     

一种有效改善系统性能的非正交传输方案

本文主要解决当前功率域单胞元非正交多址接入结构应用层面存在的问题.具体说,针对现有单胞元结构因多用户时频同传形成强干扰而导致边缘用户服务质量差的问题,利用资源正交化的组网策略构建中心用户频带独立正交、边缘用户与其频带合作共享的并行多胞元结构,并进一步利用中心用户可获取边缘用户先验知识的特征将全双工的协作通信机制引入其中,从而有效解决现有单胞元结构在译码复杂度以及用户公平性等方面存在的不足.仿真结果证实了所提方案的有效性.     

虚拟化云无线接入网络下基于在线学习的网络切片虚拟资源分配算法

针对现有研究中缺乏云无线接入网络(C-RAN)场景下对网络切片高效的动态资源分配方案的问题,该文提出一种虚拟化C-RAN网络下的网络切片虚拟资源分配算法。首先基于受限马尔可夫决策过程(CMDP)理论建立了一个虚拟化C-RAN场景下的随机优化模型,该模型以最大化平均切片和速率为目标,同时受限于各切片平均时延约束以及网络平均回传链路带宽消耗约束。其次,为了克服CMDP优化问题中难以准确掌握系统状态转移概率的问题,引入决策后状态(PDS)的概念,将其作为一种“中间状态”描述系统在已知动态发生后,但在未知动态发生前所处的状态,其包含了所有与系统状态转移有关的已知信息。最后,提出一种基于在线学习的网络切片虚拟资源分配算法,其在每个离散的资源调度时隙内会根据当前系统状态为每个网络切片分配合适的资源块数量以及缓存资源。仿真结果表明,该算法能有效地满足各切片的服务质量(QoS)需求,降低网络回传链路带宽消耗的压力并同时提升系统吞吐量。