基于主被动波束成形联合优化的双RIS辅助抗干扰通信方法

针对双可重构智能表面（RIS）辅助的无线通信系统,提出了基于主被动波束成形联合优化的抗干扰通信方法。以接收信干噪比最大化为目标,构建主被动波束成形的联合优化问题。基于交替优化算法,将联合优化问题分解为3个子问题来迭代求解。通过半定松弛算法求解各RIS的近似最优被动反射向量;基于广义瑞利商求解基站的最优主动波束成形向量。仿真结果表明,所提方法优于传统的单RIS辅助抗干扰通信方法。     

基于硬件损伤的智能反射面辅助安全通信系统能效优化算法

为了克服阴影衰落和障碍物阻挡的影响,智能反射面(IRS)已经成为一种提高无线通信系统能量效率(EE)和降低硬件成本的有效技术。然而,传统无线资源分配(RA)算法忽略了系统收发机硬件损伤(HIs)的影响,由于放大器非线性、相位噪声的影响使得接收信号失真,从而使得这类算法的系统性能下降。为解决该问题,通过考虑收发机的硬件损伤和网络窃听者的影响,该文研究基于硬件损伤的IRS辅助安全通信系统能效优化问题。首先,基于基站的最大发射功率约束和用户的最小安全速率约束,建立一个含硬件损伤的能效最大资源优化问题。其次,采用辅助变量替换、半正定松弛以及Dinkelbach等方法,将原非凸问题转化为凸问题进行求解。最后,数值仿真结果表明,该算法与传统资源分配算法相比,合法用户的平均中断概率降低了43.5%,该算法中系统的安全能效提高了8.3%,因此,该算法具有较好的抗硬件损伤性和安全性。     

基于IRS的无人机安全通信能耗优化

为了提升系统有窃听者存在时的安全能耗效率,设计了一种基于智能反射面(Intelligent Reflecting Surface, IRS)的安全能耗优化算法。该算法以最大化系统安全能耗效率为目标求解无人机(Unmanned Aerial Vehicle, UAV)飞行轨迹、基站发射功率和IRS反射相位的联合优化问题。由于该联合优化问题是多变量耦合问题,将其解耦为单独优化无人机基站轨迹、IRS相位矩阵和基站发射功率的三个子问题,最后用连续凸逼近的方法进行求解。实验结果表明,对于反射单元数量为64的IRS,所提出的基于IRS的能耗优化算法相比传统安全速率优化算法能提升系统10%的安全能耗效率。而相比不使用IRS的优化算法,能提升系统300%的安全能耗效率,并且提升倍数还将随着IRS反射单元数量增加而增加。     

智能反射表面辅助无线能量传输的保密率最大化算法

为了减少窃听者对合法接收者的信息接收影响和窃听者的有用信息接收量,该文研究利用智能反射表面(IRS)来实现无线供电通信网络(WPCN)中窃听端处的波束抵消。首先在传输能量的同时进行窃听检测,IRS根据合法用户的能量状态选择是否采取防窃听模式,然后在存在窃听的情况下,研究了窃听信道完美和不完美状态下系统的保密率最大化问题。分析表明,这一最大化问题是相移、功率分配、时间分配的多变量耦合非凸问题,可以采用分步优化、变量替换和S-Lemma等方法进行求解。仿真结果表明,与基准算法相比,所提算法提升了保密率,当智能反射表面元件数为80时保密率提升了44%,发射功率为40 dBm时保密率提升了34%。     

全双工主动窃听非正交多址接入系统智能超表面辅助物理层安全传输技术

针对全双工被动窃听和主动干扰攻击下的多用户非正交多址接入(NOMA)系统,该文提出一种智能超表面(RIS)辅助的鲁棒波束赋形方案以实现物理层安全通信。考虑在仅已知窃听者统计信道状态信息的条件下,以系统传输中断概率和保密中断概率作为约束,通过联合优化基站发射波束赋形、RIS相移矩阵、传输速率和冗余速率,来最大化系统的保密速率。为解决上述多变量耦合非凸优化问题,提出一种有效的交替优化算法得到联合优化问题的次优解。仿真结果表明,所提方案可实现较高的保密速率,且通过增加RIS反射单元数,系统保密性能更佳。     

基于IRS辅助的异构网络中超可靠低时延通信波束成形算法设计

为了增强微小区内超可靠低时延通信(URLLC)业务在异构网络场景下的传输性能,该文提出一种基于智能超表面(IRS)辅助通信网络下最大化用户和速率的波束成形算法。异构网络中微小区采用短包通信技术,在保证宏小区用户通信质量的前提下,使用IRS提高微小区用户在一定解码错误概率下的短数据包传输性能,建立一个联合优化波束向量和IRS相移向量的微小区用户和速率最大化问题模型。通过交替固定优化变量的方式,将该非凸优化问题拆分为两个子问题,利用逐次凸逼近(SCA)的方法将原问题转换成凸优化问题,并利用交替优化算法对该问题进行求解。仿真结果表明,该算法通过部署IRS可以有效减弱异构场景下对于微小区用户的干扰,同时由于IRS的部署能够有效优化波束成形向量进而提高微小区用户的短包传输性能,并且IRS的通信增强效果与微小区用户的解码错误概率以及IRS反射单元的数量有直接关系。     

双智能反射平面辅助无线携能通信系统的安全通信优化

研究采用两个智能反射平面保障无线携能通信系统信息传输的物理层安全。通过联合优化两个智能反射平面的反射波束成形和基站的发射波束成形以最大化系统的总信息传输速率,同时满足基站的发射功率约束、能量收集用户的最小能量收集约束与最大窃听速率约束,以及智能反射平面反射系数的模一约束。由于存在两个智能反射平面之间的反射链路,所构建优化问题的优化变量高度耦合,难以直接求解。提出一种基于交替优化、半正定松弛和连续凸逼近的算法求问题的次优解。仿真结果表明,与现有的基准方案相比,所提算法能在保证信息传输安全和满足能量传输要求的情况下大幅提高系统的总数据速率。     

智能反射面辅助的MU-MISO车联网毫米波通信联合波束赋形

近年来,车联网通信系统提出了大规模数据传输,通信连接稳定等需求。高频段通信凭借超高传输速率,低时延的特点被引入了该系统,但是,高频段通信仍面临着阻塞问题的挑战。因此,智能反射面作为一种可解决高频段通信阻塞问题的技术,成为车联网高频通信的热点议题。智能反射面由超材料构成,其表面的多个无源反射单元均匀排布形成阵列,所有反射单元的反射系数均可通过智能控制器实时调节,控制反射波束的方向和形状,来实现对无线传输环境的智能调控,提供增强视距通信、扩展通信覆盖范围等服务。针对MU-MISO车联网毫米波通信场景下,基站与车辆用户视线通信链路因遮蔽,车辆高速移动等因素,面临随机中断的问题,将智能反射面引入该系统,并结合该系统提出了基于半定松弛问题的交替迭代优化算法,以提高通信稳定性。该方法将系统中基站波束赋形矩阵优化和智能反射面相移矩阵优化分解为两个子问题,通过定义半定矩阵变量并适当放松特定的约束条件将两个子问题近似成为半定松弛问题,随后,使用交替优化技术对其进行迭代求解以实现联合优化,通过最大化同时刻通信车辆中的最小信干噪比来确保通信稳定性。仿真结果表明,该方法显著提高了车辆用户的信干噪比和基站的总频...     

不准确CSI下智能反射表面辅助的多用户系统物理层安全方案设计

该文研究智能反射表面(Intelligent Reflecting Surface, IRS)辅助的多用户下行系统中的物理层安全的优化问题。多个用户之间的信息需要相互保密,每个时隙,非信息传输的目标用户视为窃听者,因此这是一个多窃听者的安全传输系统。由于信道的时变性,基站拥有窃听信道的信道状态信息(Channel State Information,CSI)为与真实的CSI间存在误差的过时信息。在此条件下,以系统最坏情况下的保密速率最大化为目标,对基站发射信息信号和人工噪声波束成形矢量,以及IRS的相移矩阵进行联合优化。原始优化问题为非凸半正定规划问题,利用松弛变量、惩罚函数、Charnes-Cooper变换和交替迭代优化等方法将原问题转化为凸问题并求解。仿真结果显示,相较于基准方案,该文所提出的优化算法能有效提高系统的保密速率。     

智能反射面辅助的抗干扰安全通信系统鲁棒资源分配算法

为了解决恶意干扰攻击、窃听和不完美信道状态信息造成的通信质量降低和安全性差等问题,该文提出一种智能反射面(IRS)辅助的抗干扰安全通信系统鲁棒资源分配算法。首先,基于合法用户的最小安全速率约束、最大发射功率约束和IRS相移约束,在非法节点不完美信道状态信息、干扰器波束成形向量未知的情况下,构建了一个联合优化基站的波束成形向量、人工噪声的协方差矩阵和IRS的相移矩阵的鲁棒资源分配问题。其次,为了求解该非凸问题,利用交替优化、Cauchy-Schwarz不等式、连续凸逼近和泰勒级数展开等方法,将原问题转化为易于求解的凸优化问题。仿真结果表明,与传统算法相比所提算法能有效提高系统安全性、降低功率开销、提高抗干扰裕度,且在一定信道误差范围内能够减低约35%的保密中断概率,具有较强的鲁棒性。     

面向窃听用户的RIS-MISO系统鲁棒资源分配算法

针对信道不确定性影响、用户信息泄露和能效提升等问题,该文提出一种基于不完美信道状态信息的可重构智能反射面(RIS)多输入单输出系统鲁棒资源分配算法。首先,考虑能量收集最小接收功率约束、合法用户最小保密速率约束、基站最大发射功率约束及RIS相移约束,基于有界信道不确定性,建立一个联合优化基站主动波束、能量波束、RIS相移矩阵的多变量耦合非线性资源分配问题。然后,利用Dinkelbach,S-procedure和交替优化方法,将原非凸问题转换成确定性凸优化问题,并提出一种基于连续凸近似的交替优化算法。仿真结果表明,与传统非鲁棒算法对比,所提算法具有较低的中断概率。     

数字孪生使能的智能超表面边缘计算网络任务卸载

针对新兴的计算密集型应用对移动用户高计算性能需求问题,该文提出一种数字孪生(DT)结合智能反射面(RIS)辅助的移动边缘计算(MEC)任务卸载方案。首先,在满足用户传输功率、用户和资源设备能耗、计算资源限制条件下,通过联合优化用户卸载决策、用户传输功率、RIS相移、波束成形矢量、计算资源分配,建立一个系统能耗最小化问题;其次,将该非凸组合优化问题分解为3个子问题,使用深度双Q网络(DDQN)方法确定用户卸载策略;然后对每个训练时间步进行一次求解,基于交替迭代方法得到问题的优化解。仿真结果表明,基于DDQN的算法训练速度较快,有效降低了系统总能耗。     

可重构智能表面辅助无线通信的用户分配

可重构智能表面(RIS)是一种成本效益高的解决方案,可通过大量低成本的无源反射元件,提高无线通信系统的能源效益。在远场情况时,许多工作都是假设以RIS的中心作为反射点为前提展开研究。对于多用户的远场情况而言,用户位置不同会增加基站(BS)的功耗。该文以BS发射功率为代价矩阵,利用Kuhn-Munkres(KM)算法将用户与RIS单元进行匹配。该用户匹配方法在接收信噪比约束下,可以减少BS的发射功率。仿真结果表明,该文所采用的用户与RIS单元匹配方法与随机RIS单元相比,最多可以减少1%的BS功耗。     

无人机短包通信中基于NOMA传输的安全性能分析

针对物联网（IoT）通信的低延时需求,为了保证数据传输的灵活性,本文构建一种基于短包传输的无人机（UAV）通信网络。由于非正交多址接入（NOMA）技术能够增加可服务的地面用户数量,故将该技术应用到无人机短包通信（UAV-SPC）系统中可以解决多用户的安全传输问题。与正交多址（OMA）技术相比,NOMA可有效提高用户接入公平性和频谱利用率,因此被广泛用于下行链路的通信传输。为解决复杂的安全传输问题,首先证明在功率和译码错误率约束的条件下,分别存在最优的功率分配,数据传输包长和系统传输比特数使目标用户的平均安全吞吐量最大。在此基础上,通过本文所提算法得到安全传输问题的优化解。实验结果验证了该算法的稳定性和可行性。此外,与基准方案相比,本文所提方案可有效降低短包传输的通信时延,提高系统中目标用户的平均安全吞吐量。     

Energy‐efficient power control for uplink spectrum‐sharing heterogeneous networks

This article considers energy‐efficient power control schemes for interference management in uplink spectrum‐sharing heterogeneous networks that maximize the energy efficiency of users, protect the macro base station, and support users with QoS consideration. In the first scenario, we define the objective function as the weighted sum of the energy efficiencies and develop an efficient global optimization algorithm with global linear and local quadratic rate of convergence to solve the considered problem. To ensure fairness among individual user equipments (UEs) in terms of energy efficiency, we consider the max‐min problem, where the objective is defined as the weighted minimum of the energy efficiencies, and a fractional programming theory and the dual decomposition method are jointly used to solve the problem and investigate an iterative algorithm. As by‐products, we further discuss the global energy efficiency problem and consider near‐optimal schemes. Numerical examples are provided to demonstrate significant improvements of the proposed algorithms over existing interference management schemes.     

基于硬件损伤的异构网络鲁棒安全资源分配算法

针对多蜂窝多用户异构网络中收发机处信号畸变、用户信息泄露和传输中断等问题,该文提出一种基于硬件损伤的异构网络鲁棒安全资源分配算法。考虑小蜂窝用户最小安全速率约束、小蜂窝基站最大发射功率约束和宏用户干扰功率约束,建立了基于有界信道不确定性的能效最大化资源分配模型。基于Dinkelbach法、最坏准则法和连续凸近似理论,将原非凸资源分配问题等价转换为凸优化问题,并利用拉格朗日对偶算法得到解析解。仿真结果表明,与现有算法相比,所提算法具有较好的能效和鲁棒性。     

存在窃听用户下基于SWIPT的协作NOMA网络能效分析

针对基于携能同传(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)的协作非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)网络,提出了一种存在窃听用户下远端用户能效最大化的多维资源分配方法.在考虑近端用户安全传输...     

Energy-efficient power allocation for NOMA heterogeneous networks with imperfect CSI

In this paper, an optimal user power allocation scheme is proposed to maximize the energy efficiency for downlink non-orthogonal multiple access (NOMA) heterogeneous networks (HetNets). Considering channel estimation errors and inter-user interference under imperfect channel state information (CSI), the energy efficiency optimization problem is formulated, which is non-deterministic polynomial (NP)-hard and non-convex. To cope with this intractable problem, the optimization problem is converted into a convex problem and address it by the Lagrangian dual method. However, it is difficult to obtain closed-form solutions since the variables are coupled with each other. Therefore, a Lagrangian and sub-gradient based algorithm is proposed. In the inner layer loop, optimal powers are derived by the sub-gradient method. In the outer layer loop, optimal Lagrangian dual variables are obtained. Simulation results show that the proposed algorithm can significantly improve energy efficiency compared with traditional power allocation algorithms.     

基于双连接和回传带宽配置的系统吞吐量效用和最大化算法

针对双连接可行的异构无线网络中关于用户关联和回传带宽配置的联合优化问题,构建了一个新的网络吞吐量效用和最大化框架。将该联合优化问题建模为一个非凸的混合整数分式优化问题。为了便于求解,首先将原建模问题进行去分式化转换,然后针对转换后依旧非凸的混合整数非线性优化问题,将其分解为两个优化子问题分别求解。通过固定用户关联变量,得到了最优的回传带宽配置机制;通过固定回传带宽配置因子变量,提出一个有效的迭代算法求解双连接可行的用户关联子问题。相比固定的回传带宽配置机制,所提算法可以获得最优的回传单位带宽配置因子值,同时拥有最优的系统吞吐量和系统吞吐量效用和性能。     

RIS辅助共生无线电通信的速率分拆多址资源分配方案

随着通信场景和网络架构的日益复杂,无线电网络频谱资源稀缺与能耗问题是无线通信的关键挑战,为此,提出了一种新的基于速率分拆多址接入技术（Rate Splitting Multiple Access,RSMA）广播信号的可重构智能表面（Reconfigurable Intelligent Surface,RIS）辅助共生无线电（Symbiotic Radio,SR）系统方案。在该方案中主发射机采用RSMA的方式广播信号,并将传统高功耗次发射机用低功耗RIS替代协作信号的后向散射传输。在主发射机发射波束形成,RIS相移系数和公有信息速率分配约束下,构建了最大化主接收最小速率的问题。由于问题的非凸性和变量的耦合性,提出了一种基于逐次凸逼近,凸差函数,罚函数的交替优化方法以求得次优解。仿真结果表明,与空分多址接入和非正交多址接入方案相比,所提RSMA方案能显著提升用户速率。