基于MP-WFRFT的物理层保密增强安全方案

针对战场无线网络全域开放性、广播特性以及实时移动性等特征带来的通信系统安全隐患,为保障战场网络内消息的安全有效传输,本文通过对物理层信号的安全分析研究,结合变换域通信手段与经典加密方法,在信道共享密钥的基础上提出了一种基于MP-WFRFT的保密增强安全方案。通过建立物理层安全加密模型,给出了信道探测与共享密钥生成方法,在扰乱星座方案加持下利用MP-WFRFT多加密参数的混合载波调制对传输信号星座进行扰乱处理。仿真分析表明,本方案能够提升战场无线网络内信号的星座熵,并且在系统误码率性能上相较以往方案存在大幅度提升,为战场无线网络整体性能提升提供了一种新型方案。      

基于非线性编码的叠加概率整形20QAM星座方案

针对多输入多输出可见光通信系统计算复杂度高、相邻星座点容易相互交叠的问题,提出一种基于非线性编码的叠加概率整形（PS）20阶正交幅度调制（20QAM）星座方案。首先,基于提出的非线性编码方程,将等概率的4级电平信号编码为PS 5级电平信号。然后,将PS 5级电平信号映射为梯形形状的PS 5QAM信号以最大化叠加星座的欧氏距离。最后,将PS 5QAM信号与等概率的4QAM信号进行翻转叠加得到PS 20QAM信号。实验结果证明：所提出的叠加20QAM星座方案对系统的非线性失真有较强的鲁棒性,比叠加16QAM、叠加24QAM星座方案的误码率性能更优。     

一种实用的毫米波大规模MIMO混合预编码算法

数字模拟混合预编码可以用较少的射频逼近全数字预编码的性能,可以用来解决毫米波大规模MIMO系统中由于射频链路过多造成的硬件损耗和校准问题。为解决传统混合预编码结构难以实现的缺点,该文的混合预编码研究基于一种简单的固定子连接结构。推导了系统可达速率最大,模拟预编码矩阵应满足的条件,从而将混合预编码矩阵设计问题转化为优化问题。采用鸟群算法(BSA)解决此优化问题,求得最优的预编码矩阵。针对模拟移相器分辨率有限的情况,提出一种直接量化的解决方案和一种基于改进的离散BSA的解决方案。仿真结果表明,所提算法能够基于简单结构实现较好的性能;移相器分辨率有限情况下,所提的两种解决方案都是有效的,且基于离散BSA的方案在分辨率较低时性能更优。     

一种抑制残余硬件损伤影响的毫米波大规模MIMO混合预编码方案

在假设通信收发机具有理想硬件特性的前提下,毫米波大规模多输入多输出(MIMO)系统的混合预编码问题已经获得了广泛的研究。然而,由通信收发机硬件非理想特性导致的残余硬件损伤在毫米波大规模MIMO系统中难以避免,并且会严重影响混合预编码的性能。针对这一问题,该文建立了在收发机残余硬件损伤影响下的毫米波大规模MIMO混合预编码模型,提出一种基于流形优化的混合预编码方案。首先根据收发信号之间的修正均方误差建立优化目标,进而推导出数字预编码矩阵与数字组合矩阵的闭合表达式,然后基于黎曼流形处理恒模约束问题获得模拟预编码矩阵与模拟组合矩阵,最后进行收发机交替迭代获得混合预编码的优化结果。仿真结果表明,该方案有效抑制了残余硬件损伤对毫米波大规模MIMO系统的不利影响,显著提升了系统的性能。     

基于混合量化移相器的毫米波大规模MIMO预编码设计

针对毫米波大规模MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)系统能量效率低下的问题,提出一种基于混合精度移相器量化的混合预编码设计方法.首先考虑到系统能量效率闭合表达式难以直接求解,通过Dinkelbach方法将能量效率优化问题转换为范数最小化的形式,然后将其进一步解耦为混合预编码矩阵和混合精度移相器量化配比问题,实现非凸能效低范数和的凸优化转化,最后通过引入酉矩阵松弛恒模约束求解混合预编码矩阵,并采用增量搜索算法求解混合量化移相器精度配比向量,从而实现系统能量效率最大化.仿真结果表明,所提出的混合精度量化算法的系统频谱效率优于传统单精度量化算法,且具有更高的系统能量效率.同时,当多数据流传输时,所提出混合精度量化结构的系统性能接近全数字结构.     

多用户毫米波MIMO系统中基于信道互易性的混合模数预编码算法

本文针对多用户毫米波多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)系统,首次提出了分离子阵列MIMO混合模数预编码架构毫米波系统的一种模拟接收方案。将最大化和速率求解混合模数预编码的三元联合优化问题分成模拟和数字两部分求解,进一步提出了基于信道互易性的混合模数预编码算法。该算法通过最大化下行各个用户和上行各个子阵列的接收信干噪比分别求解模拟合并矢量和模拟预编码矢量;优化模拟部分后,设计发射端数字预编码器消除多用户数据流之间的干扰。数值仿真表明所提算法收敛速度快,且可获得接近最优纯数字预编码算法的性能。      

混合动态连接结构的多用户多流混合预编码

混合预编码对于提高多用户毫米波大规模多输入多输出(MIMO)系统的性能至关重要,但目前基于全连接结构与子连接结构的混合预编码分别存在高能耗与性能损失严重的问题。该文综合考虑系统的频谱效率与能量效率,提出混合动态连接结构,并设计该结构下的混合预编码算法。该算法通过最大化信干噪比(SINR)的增量来设计混合动态连接结构的模拟域预编码,然后基于等效信道运用块对角化(BD)设计数字域预编码抑制多用户多流干扰。仿真实验表明,该文所提出的混合动态连接结构的频谱效率介于全连接结构与混合固定连接结构之间且获得的能量效率最高。     

基于MP-WFRFT的多维联合调制卫星隐蔽通信研究

为进一步提高卫星信号的隐蔽性能,该文结合加权分数阶傅里叶变换(WFRFT)的星座混淆特性与混沌映射轨迹的抗截获特性,提出一种基于物理层安全的双极化卫星联合调制方案。借鉴“相位扰码”思想和“联合设计”理念,通过扩展4-WFRFT加权项参数,增加了卫星信号处理的多样性,在此基础上嵌入Logistic映射加密,提高了信息破解的难度。建立双极化卫星混沌安全传输系统模型,提出基于MP-WFRFT一体多维的组合隐蔽新概念,探索双极化卫星信号星座优化设计和裂变融合机理。仿真结果验证了所提方案的有效性。     

混合动态连接结构的多用户多流混合预编码

混合预编码对于提高多用户毫米波大规模多输入多输出(MIMO)系统的性能至关重要,但目前基于全连接结构与子连接结构的混合预编码分别存在高能耗与性能损失严重的问题.该文综合考虑系统的频谱效率与能量效率,提出混合动态连接结构,并设计该结构下的混合预编码算法.该算法通过最大化信干噪比(SINR)的增量来设计混合动态连接结构的模拟域预编码,然后基于等效信道运用块对角化(BD)设计数字域预编码抑制多用户多流干扰.仿真实验表明,该文所提出的混合动态连接结构的频谱效率介于全连接结构与混合固定连接结构之间且获得的能量效率最高.     

基于协作MIMO机制的预编码算法

针对在协作机制下多输入多输出系统中用户干扰对系统容量的影响,提出了一种基于多点协作多输入多输出系统的预编码设计算法,所提算法基于系统和速率最大化构建了预编码矩阵目标函数,并给出了借助凸优化理论的预编码矩阵求解方法和实施步骤,最后通过系统的平均速率对所提算法与现有算法的性能进行了仿真对比,并验证了目标函数的收敛性能．仿真结果证明了所提算法的可行性。     

基于余幂-激活离散超混沌加密的多参数加权分数傅里叶变换安全通信方法

为提高物理层安全传输性能,该文提出一种新的基于2维余幂-激活(2D-CPA)离散超混沌加密的多参数加权分数傅里叶变换(MP-WFRFT)安全通信方法。首先,将激活函数和余弦函数作为非线性因子引入1维立方(cubic)混沌映射,构造2维混沌映射。非线性因子可对原始cubic混沌映射的迭代过程进行扰动,从而获得更加饱满的相轨。利用分岔图、相图、Lyapunov指数谱等对提出的2维混沌映射动力学特性进行了验证。结果表明,构造的2维混沌序列随机性良好,可进入超混沌状态。然后,利用余幂-激活离散超混沌序列分别构建幅度变换矩阵、相位旋转矩阵和MP-WFRFT参数池,完成对星座幅相加密,以及MP-WFRFT动态变换加密过程,进一步消除数据统计特征,同时提升MP-WFRFT变换的抗参数扫描性能。数值仿真结果表明,加密数据的星座图呈类高斯分布,且传输系统对密钥的敏感性良好。     

Quantized Principal Component Selection Precoding for Spatial Multiplexing with Limited Feedback

In this paper, for spatial multiplexing with limited feedback, a quantized principal component selection (QPCS) precoding scheme is proposed that achieves comparable capacity to the closed-loop multiple-input multiple-output (MIMO) and furthermore adapts to various fading channel conditions without any additional feedback bits and transmit channel state information (CSI). We propose a systematic design method for a codebook consisting of a finite number of unitary matrices based on a maximizing minimum distance criterion in the one- dimensional angular domain and show that the method outperforms the Grassmannian subspace packing method in various fading channel conditions. The proposed QPCS precoding scheme allows for adjustment of the precoding matrix based on limited feedback information on the principal vectors approximating a MIMO channel in the angular domain according to various channel conditions. Furthermore, for practical implementation of the QPCS precoding scheme, we propose a structured precoder optimization procedure and show that the proposed procedure induces a negligible capacity loss compared with the exhaustive precoder optimization, even with considerably reduced complexity.     

Constellation-switching precoding for blind detection of co-channel signals: application to 8-ary signaling

Blind detection of co-channel signals in wireless scenarios may be achieved with the help of data precoding techniques. In this letter we propose a new data precoding / blind detection approach that is based on a unique modification to the signal constellation of each of the co-channel signals. Detection is based on exploiting the embedded constellation property. The new approach can be seen as a generalization to some earlier precoding techniques that were based on phase modifications. Demonstration of the proposed method involves application to 8-ary amplitude-phase modulations, with performance shown to be reasonably close to an MMSE receiver. Performance results for a semi-blind receiver for 4-ary signaling are also given to demonstrate further possible applications of the new scheme.     

使用对偶分解的MU-CoMP-JT联合资源分配

在MU-Co MP-JT(Multi-User Coordinated Multiple-Points Joint Transmission)联合资源分配问题中,传统的迫零预编码矩阵会使得每根天线发送功率互不相同,当Co MP节点发射功率仅满足总功率约束时性能损失不明显,而当Co MP节点分布在不同的地理位置时将受到单节点功率约束,这势必会降低系统功率利用率。为了进一步提升系统吞吐量,基于对偶分解理论提出了一种联合预编码优化的资源分配算法。该算法以最大化用户权重速率为目标,将原优化问题分解成若干个优化的子问题,不同子问题对应不同接收天线数的联合优化问题。当子信道的发送天线数大于接收天线数时,通过多次迭代计算得到预编码矩阵,并且预编码矩阵会随着拉格朗日因子的变化而变化。仿真结果表明所提联合预编码优化的联合资源分配算法能够明显提升系统吞吐量,且提高天线功率利用效率。     

Optimal modulation for known interference

We present a symbol-by-symbol approach to the problem of canceling known interference at the transmitter in a communication system. In the envisioned system, the modulator maps an information symbol (taken from a finite alphabet) and an interference symbol (from the complex field) onto a transmitted constellation point. Our scheme is based on joint optimization of a modulator and demodulator, subject to a constraint on the average transmit power. The demodulator picks the information symbol (as a function of the received symbol) that minimizes the average error probability. We emphasize that our focus is on transmission in a single (complex) dimension, and hence the proposed technique is a ?modulation? rather than a ?coding? scheme. We illustrate that the new scheme outperforms Tomlinson?Harashima precoding, which is a classical but suboptimal solution to the one-dimensional known-interference precoding problem. In our simulations, the new approach is able to perform close to the no-interference bound.     

A Novel Nonlinear Constellation Precoding for OFDM Systems with Subcarrier Grouping

This paper proposed a novel nonlinear constellation precoding (NCP) technique based on maximum distance separable (MDS) codes in orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) systems. The proposed method envisage to maximize both the diversity and coding gains for any number of diversity channels and desired diversity orders. The novel NCP technique combined with subcarrier groping in OFDM systems to replace the most existing linear constellation precoding (LCP) scheme. In this scheme, the full set of subcarriers are splitted into smaller groups and the codewords are constructed from $q$ point constellation mapper with MDS encoder. The maximum-likelihood (ML) decoder is used in the most existing signal space diversity technique which is replaced by diversity channel selection (DCS) to reduce the decoding complexity with the cost of marginal performance loss. The effect of the Inter-carrier interference (ICI) introduced by the carrier frequency offsets (CFO) also analyzed in the proposed OFDM system. The superiority of the proposed novel NCP technique over the previously proposed designs is verified by simulation results.