面向密集热点区域的多层异构网络建模方案

针对5G/B5G网络热点通信场景中基站（BS）部署的异构性以及用户设备（UE）与BS之间的耦合问题,提出一种面向密集热点区域的三层异构网络建模方案。将宏BS （MBS）和微微BS （PBS）的位置建模为泊松点过程,将分散在热点中心的UE和低功耗毫微微BS （FBS）建模为泊松簇过程,将PBS覆盖范围之外的UE和FBS建模为两个独立的泊松洞过程。在此基础上,设计UE分类和级联准则,推导簇中心和簇边缘UE的级联概率与级联距离的统计表达式,并考虑有序FBS和非有序FBS的两种级联情况。实验结果表明,当目标UE与FBS级联时,非有序FBS情况下的级联概率优于有序FBS情况,当目标UE与MBS或PBS级联时,有序FBS情况下的级联概率优于非有序FBS情况。     

混合频谱分配的三层异构网络覆盖概率分析

针对城市环境热点区域业务密集化部署带来的流量激增问题,将微微基站和毫微微基站密集部署在宏基站之上以达到分流的效果,构建了一个三层簇异构网络模型。为有效抑制层内和层间传输的严重干扰,提出了一种基于簇分类的改进共享频谱分配方案。采用泊松簇过程和泊松洞过程对基站部署进行建模,详细描述了接收端精确的干扰统计特性,基于有效性准则给出了系统覆盖概率。同时还考虑了有序FBS级联方案和无序FBS级联方案2种情况。仿真结果验证了理论分析的正确性,揭示了网络参数对网络性能的影响。与无序FBS级联方案相比,有序FBS级联方案的性能增益很大程度上取决于PBS和FBS的覆盖半径。      

UE运动仿真系统的设计和实现

5G的大规模部署和性能优化,离不开高效的5G测试系统。目前,路测是评估移动通信网络性能的常用方法,需要人工改变用户终端（User Equipment,UE）的位置,因而存在高成本和低效率的缺点。利用衰减量变化模拟UE运动,基于衰减矩阵开发出自动化的UE运动仿真系统,可以部分替代人工路测,从而达到节约测试成本、加速产品开发过程的目的。基于此,笔者重点探讨UE运动仿真系统的设计和实现。     

基于距离的无人机功率控制方案

由于无人机与基站通信中视距信道概率较大,这会导致无人机用户对于其他地面用户的干扰问题。论文结合最新的5G技术提出了一种基于距离分组的功率控制方案,方案中引入干扰补偿因子,按照无人机与基站之间的距离进行无人机用户分组,对于无人机的发射功率进行控制,实现有效的干扰抑制。方案改善了无人机以及地面用户的通信状况,满足更多垂直行业的应用需求,拓宽无人机的发展前景。     

双跳中继协作异构网络中断概率分析

基于最大-最大用户对级联(MM-UPA)准则,研究双跳中继协作异构网络的中断性能。借助随机几何和概率统计数学工具,将网络节点空间位置建模为齐次泊松点过程,以推导双跳中继协作异构网络中断概率的解析表达式。在此基础上,针对中断门限和偏置因子对系统中断概率的影响进行仿真与分析,结果表明,当系统部署MM-UPA方案时,增大第k(k≥2)层网络的偏置因子,能够有效降低第1层网络的中断概率,提高系统稳定性。此外,相比双跳网络,单跳网络的中断概率更小,系统稳定性更高。     

煤矿5G无线通信系统建设构想

提出了煤矿5G无线通信系统的基本架构:5G核心网、基带处理单元(BBU)、远端汇聚站(RHUB)及5G基站之间由5G承载网连接,实现各网元之间信令传输;井下采用5G基站及天线实现井下无线信号覆盖,基站通过RHUB进行汇聚后,与BBU相连并接入5G核心网。比较了用户面功能/移动边缘计算(UPF/MEC)下沉与独立专网2种5G核心网建设方案的优缺点;研究了5G核心网与BBU之间、BBU与RHUB之间、RHUB与5G基站之间的承载网,重点介绍了5G核心网与BBU之间承载网常用的光纤直连、切片分组网(SPN)及第五代固定网络(F5G)3种承载方式的特点及适用场景;给出了煤矿5G基站、5G终端及5G通信模组等设备的设计方案。结合5G通信技术特点和煤矿智能化发展需求,探讨了5G无线通信系统在煤矿的典型应用,如融合一体化通信、高带宽业务应用、智能工作面业务应用、矿山车辆远程控制或无人驾驶等。指出小型化行业5G核心网设计、矿用5G基站等设备的低功耗及本安化设计、700 MHz频段5G设备的井下应用以提升5G基站覆盖范围、矿用5G手机终端的定制及行业APP的开发、低功耗5G通信模组的开发、结合现场需求更多行业应用场景的深入挖掘等是煤矿5G无线通信系统进一步的优化方向。     

基于非最佳用户级联方案的异构网络物理层安全研究

基于非最佳用户级联(UC)方案,研究多层异构网络(HetNets)的物理层安全性能。利用随机几何运算将网络节点建模为齐次泊松点过程,并借助概率统计数学工具,推导出多层HetNets的系统安全概率表达式,分析发射功率、安全门限及窃听者密度对系统安全概率的影响。仿真结果表明,当基站发射功率较小时,非最佳UC方案的安全性能优于传统最佳UC方案,当基站发射功率较大时,两者安全性能趋于相同,且非最佳UC方案下的系统安全概率随着发射功率的增大先减小后增大,稳定性更高。     

5G/B5G毫米波网络TCP传输性能分析

5G / B5G移动通信系统的高带宽、高可靠性和低延迟的通信需求需要更多新技术的支持. 毫米波由于其丰富的频谱资源和极高的带宽容量而成为5G/B5G移动通信系统的研究热点之一. 不同于以往由有线网络主导的互联网架构, 如今的移动互联网已经成为无线接入网和高速核心网的融合. 但是目前对毫米波端到端通信传输性能的研究工作还相对较少, 而且多采用仿真实验. 本文利用真实网络设备, 通过开展真实网络环境下的实验, 对毫米波链路基本传输性能和5G/B5G毫米波网络端到端通信系统中TCP传输性能进行测量分析, 研究5G/B5G毫米波网络传输过程中的链路瓶颈, 为设计毫米波端到端网络传输协议, 提高网络传输吞吐率奠定基础.     

面向多层异构网的最大和谐均值用户对级联方案

针对中继异构网中基站负载不均衡的问题,提出一种中继协作的多层异构网用户对级联方案,以实现最佳用户对级联(UPA)。在中继协作异构网中,利用等效的端到端偏置接收功率为每层中一个特定的移动用户对定义最佳中继,基于此给出最大和谐均值用户对级联(MHM-UPA)准则,并假设所有网络元素的位置建模为独立泊松点过程,通过随机几何分析方法推导相应的UPA概率以及统计描述。分析结果表明,该方案充分考虑了中继系统中两跳的联合影响,能够有效克服双跳中继系统的瓶颈效应,改善系统性能。     

无人机辅助的移动边缘计算中的任务分配策略

在使用无人机（UAV）作为计算卸载的数据收集器对用户设备（UE）提供移动边缘计算（MEC）服务的场景下,设计了一种通过UAV实现高效的UE覆盖的无线通信策略。首先,在给定UE分布的条件下,对于UAV的飞行轨迹和通信策略,使用了连续凸逼近（SCA）的优化方法来得出一种可以使全局能量最小化的近似最优解;此外,对于UE大范围分布或任务量较大的场景,提出了一种自适应聚类算法,以将地面的UE划分成尽量少的聚类,并保证每个聚类中全部UE的卸载数据都可以在一次飞行中全部完成收集;最后,将每个聚类中UE的计算卸载数据收集任务分配给一次飞行,从而达到减少单个UAV完成任务所需的派遣次数或多UAV执行任务所需的UAV派遣数量的目的。仿真结果表明,所提方法可以生成相比K-Means算法更少的聚类数量且能快速收敛,适用于UE大范围分布下UAV辅助的计算卸载场景。     

Enhanced Intrusion Detection System for an EH IoT Architecture Using a Cooperative UAV Relay and Friendly UAV Jammer

In this paper, the detection capabilities and system performance of an energy harvesting (EH) Internet of Things (IoT) architecture in the presence of an unmanned aerial vehicle (UAV) eavesdropper (UE) are investigated. The communication protocol is divided into two phases. In the first phase, a UAV relay (UR) cooperates with a friendly UAV jammer (UJ) to detect the UE, and the UR and UJ harvest energy from a power beacon (PB). In the second phase, a ground base station (GBS) sends a confidential signal to the UR using non-orthogonal multiple access (NOMA); the UR then uses its harvested energy to forward this confidential signal to IoT destinations (IDs) using the decode-and-forward (DF) technique. Simultaneously, the UJ uses its harvested energy to emit an artificial signal to combat the detected UE. A closed-form expression for the probability of detecting the UE (the detection probability, DP) is derived to analyze the detection performance. Furthermore, the intercept probability (IP) and throughput of the considered IoT architecture are determined. Accordingly, we identify the optimal altitudes for the UR and UJ to enhance the system and secrecy performance. Monte Carlo simulations are employed to verify our approach.      

An Enhanced Group Key-Based Security Protocol to Protect 5G SON Against FBS

Network operators are attempting many innovations and changes in 5G using self-organizing networks (SON). The SON operates on the measurement reports (MR), which are obtained from user equipment (UE) and secured against malware and userspace programs. However, the synchronization signal block that the UE relies on to measure the wireless environment configured by a base station is not authenticated. As a result, the UE will likely gauge the wrong wireless environment configured by a false base station (FBS) and transmit the corresponding MR to the serving base station, which poisons the data used for 5G SONs. Therefore, the serving base stations must verify the authenticity of the MR. The 3GPP has advocated numerous solutions for this issue, including the use of public key certificates, identity-based keys, and group keys. Although the solution leveraging group keys have better efficiency and practicality than the other two, they are vulnerable to security threats caused by key leaks via insiders or malicious UE. In this paper, we analyze these security issues and propose an improved group key protocol that uses a new network function, called a broadcast message authentication network function (BMANF), which validates broadcasted messages on behalf of the UE. The protocol operates in two phases: initial and verification. During the initial phase, the 5G core network distributes a shared secret key to the BMANF and UE, allowing the latter to request an authentication ticket from the former. During the verification phase, the UE requests the BMANF to validate the broadcasted messages received from base stations using the ticket and its corresponding shared key. For evaluation, we formally verified the proposed protocol, which was then compared with alternative methods in terms of computing cost. As a result, the proposed protocol fulfills the security requirements and shows a lower overhead than the alternatives.     

基于OMAP1621的宽带无线通信数据采集传输系统设计

无人机数据链路由于多径传输,其信道为频率选择性衰落,码间干扰是影响数据传输速率的主要因素;采用正交频分多址(OFDM)调制技术是对抗多径传输、提高传输速率的主要方法;在对系统架构和各项指标研究分析后,提出了一种基于TI开放式多媒体应用平台(OMAP1621)架构的宽带无线通信-无人机地空通信系统高速实时数据采集及传输设计方案,重点介绍了数据传输设计方案的硬件设计、驱动及时序控制,并给出了CPLD中串并和并串数据转换的仿真结果;根据该设计方案完成的数据采集系统在实际的样机演示中表现出了良好的性能,各项指标均满足系统设计要求,达到了预期的效果。     

Power consumption analysis of access network in 5G mobile communication infrastructures — An analytical quantification model

Energy consumption growth of the fifth-generation (5G) mobile network infrastructure can be significant due to the increased traffic demand for a massive number of end-users with increasing traffic volume, user density, and data rate. The emerging technologies of radio access networks (RAN), e.g., millimeter-wave (mm-wave) communication and large-scale antennas, make a considerable contribution to such an increase in energy consumption. The multiband 2-tier heterogeneous network (HetNet), cloud radio access network (C-RAN), and heterogeneous cloud radio access network (H-CRAN) are considered the prospective RAN architectures of the 5G mobile communication. This paper explores these novel architectures from the energy consumption and network power efficiency perspective considering the varying high volume traffic load, the number of antennas, varying bandwidth, and varying density of low power nodes (LPNs), integrated with mm-wave communication and large-scale multiple antennas. The architectural differences of these networks are highlighted and power consumption analytical models that characterize the energy consumption of radio resource heads (RRHs), base band unit (BBU) pool, fronthaul, macro base station (MBS), and small cell base stations (SCBs) in HetNet, C-RAN, and H-CRAN are developed. The network power efficiency with the consideration of propagation environment and network constraints is investigated to identify the energy-efficient architecture for the 5G mobile network. The simulation results reveal that the power consumption of all these architectures increases in all considered scenarios due to an increase in power consumption of radio frequency components and computation power. Moreover, CRAN is the most energy-efficient RAN architecture due to its cooperative processing and decreased cooling and site support devices and H-CRAN consumes most of the energy compared to other 5G RAN architectures mainly due to a high level of heterogeneity.     

基于5G+无人机的地灾巡检数字孪生系统研究

目前,水电站地质灾害巡检排查以人工为主,存在巡检效率较低、准确率不高、危险系数大等问题,数字化、智能化、精准化是提升地灾巡检效率的迫切手段。因此提出一种地灾智能巡检模式,构建地灾巡检数字孪生系统框架,采用无人机和5G技术作为巡检工具和传输渠道,借助数字孪生技术创造虚拟水电站环境,实时动态规划巡检路径、智能化识别潜在问题及提前预测预警,实现在无人机视角下的室内地灾虚拟巡检,从智能巡检规划、实时信息获取、动态变化分析、远程监控和会商等方面提出应用模式,有效解决真实场景远距离、可达性差的巡检弊端。以双江口水电站为例建立基于5G+无人机的地灾巡检数字孪生系统,有效解决双江口水电站罕见地灾排查的难题,提升巡检的智能化程度。     

基于空中智能表面的毫米波通信性能分析

作为一种新型的反射材料,大型智能表面将在下一代通信网络中扮演重要的角色.通过采取将智能反射面部署在无人机上的策略,空中智能表面可以显著提高大型智能表面的网络覆盖率.本文提出一种基于空中智能表面的通信网络模型并且分析毫米波下行通信的双跳传输过程.具体来说,使用泊松点过程来描述在基站周围巡航的空中智能反射面所服务的用户的位...     

超密集网络中基于Stackelberg博弈的非统一定价功率控制

针对超密集网小区同频部署中产生的区间干扰问题,提出基于Stackelberg博弈的非统一定价功率控制方案。首先,建立基于Stackelberg博弈的非统一定价功率控制模型,并通过该模型求解出基于价格的最优发射功率,此发射功率是关于干扰价格的函数;接着通过引入拉格朗日函数求解出相应基站的最优干扰价格,由控制器把干扰价格发送给相应的基站,并由基站调整自己的发射功率值去减弱对当前用户的干扰。仿真结果表明,与基于Stackelberg博弈的统一定价功率控制方案相比,所提方案在系统平均中断概率上平均下降了3个百分点。与基于基站权重的功率控制方案相比,在基站数量低于105时,所提方案在平均中断概率平均上上升了1.4个百分点;而当基站数超过105时,所提方案在平均中断概率上平均下降了1.6个百分点。此外,与这两个方案相比,所提方案在系统平均吞吐量上分别提升了12个百分点和10.5个百分点;在系统平均频谱效率上分别提升了9个百分点和8.5个百分点;在系统平均功率效率上分别提升了13个百分点和12个百分点。实验结果表明所提方案能够在部署更多基站情况下更好地提高蜂窝系统的性能。     

无人机综合仿真与测试平台技术研究

固定翼无人机在军事,国防,民用上都具有非常广泛的应用。无人机系统包括三大部分：无人机机体,无人机地面控制站以及无人机地面综合检测站。详细介绍了当前已交付使用的一种适应于多种型号的无人机地面综合实验平台,包括无人机地面飞行仿真和地面检测和故障诊断三个部分。从整体设计方案出发,从技术角度分析各个子系统的功能和设计方案。提出了可以应用于无人机地面实验平台的基于专家系统的遥控-遥测知识对的知识库的建立和通过搜索知识库的故障诊断方法。并以一个平台子系统为例介绍了以任务管理和数据流控制为核心的软硬件设计方案。