非正交多址接入的同步透射反射智能超表面信号增强算法

针对传统智能超表面无法透射信号的问题,利用同步透射反射智能超表面,提出了一种基于非正交多址接入的信号增强算法。同步透射反射智能超表面具有全向性的特点,可同时服务两侧的非正交多址接入用户。所提算法将同步透射反射智能超表面的信号与通信信号相干叠加,利用黎曼共轭梯度算法求解优化问题,理论上可大幅增强用户的信号功率,降低中断概率,提高频谱效率性能。由仿真结果可知,与不使用同步透射反射智能超表面相比,随机相位的同步透射反射智能超表面可以提高约3.6 bit/(s·Hz)的系统频谱效率。利用黎曼共轭梯度算法优化后,可进一步提高约2.3 bit/(s·Hz)的系统频谱效率,该结果验证了所提算法的优越性。     

一种智能超表面辅助的非视距安全通信方法

针对发射机与期望用户之间存在阻挡时的非视距物理层安全传输问题,提出了智能超表面辅助的阵列天线物理层安全通信方法。首先,建立智能超表面阵列天线系统模型,通过阵列天线直传链路和智能超表面反射链路完成无线系统的安全通信。随后,针对窃听者被动接收信号,无法确定窃听者具体位置的情况,提出了在确保期望用户可靠接收信号的同时以最大化人工噪声干扰功率为目标联合优化发射波束成形矢量和智能超表面反射系数矩阵的优化方法。最后,分析优化问题,并利用辅助变量和半定松弛等方法得到最优解,达到抑制窃听者接收信号的同时,确保期望用户可靠和安全通信的目的。仿真实验证实,智能超表面辅助的物理层安全通信方法提高了非视距场景下信息传输的可靠性与安全性。     

面向多用户NOMA-IRS系统的公平性优化

多用户非正交多址接入-智能反射面系统，可通过多天线发射机与智能反射面间“发射-反射”联合波束成形，改善系统的用户接入能力。针对多用户非正交多址接入-智能反射面系统用户公平性问题，尝试在射频链路受限的实际场景中，最大限度提升用户最小接收信干噪比，从而无差别地保证各用户的通信质量。为此，根据射频链路数对用户进行分簇，构建了最大-最小接收信干噪比分式规划问题，此问题的发射波束矢量与反射阵元矩阵在接收信干噪比处高度耦合。因此，提出了一种基于半定松弛与算术几何平均算法，通过在每次迭代中交替优化发射波束矢量与反射阵元矩阵，实现各簇中最小信道容量的最大化。并进一步采用二分搜索算法求解簇内功率分配问题，以提升用户最小接收信干噪比。仿真结果表明，相对于迫零方案，提出方案能够以较低的计算复杂度提升用户最小接收信干噪比，从而改善各用户通信质量；且区别于最大比传输方案，提出方案中用户最小接收信干噪比不会随基站发射功率增加而呈现饱和现象，从而实现各用户通信质量的稳定增长。     

无线携能传输协同中继非正交多址接入系统的速率优化设计

研究了无线携能传输协同中继非正交多址接入系统中的强用户速率最大化问题。通过把非凸的优化问题转化为凸优化问题,并由MATLAB仿真得到强用户速率的优化结果。结果表明：此非正交多址接入系统的强用户速率随着源节点发射功率的增加而增加;在强用户速率性能方面,此非正交多址接入系统明显优于传统的时分多址接入系统。     

基于无线供电的非正交多址接入网络的鲁棒资源分配研究

无线能量传输是解决无线网络中节点设备能量短缺问题的新技术,非正交多址接入是缓解无线网络频谱紧缺难题和满足大规模节点接入需求的新型多址接入技术. 将两者相结合不仅可以缓解节点设备电池能量不足、需要频繁更换电池的问题,还可以提高系统的频谱效率,满足大规模节点接入的需求. 本文考虑基于无线供电的非正交多址接入网络,其中包含一个多天线的能量基站、多个单天线用户和一个单天线信息接收机. 在该网络中,下行链路和上行链路分别表示从能量基站到用户和从用户到信息接收机的物理信道. 在下行链路中,能量基站通过无线能量传输给多个用户提供可靠的能量;在上行链路中,用户使用收集到的能量并基于非正交多址接入技术发送信息给信息接收机. 在系统的下行链路信道状态信息不完美的实际情况下,设计鲁棒资源分配策略,联合设计能量基站的波束赋形向量、用户的发射功率和上下行链路间的时间分配,最大化系统的吞吐量. 仿真结果表明,所提鲁棒设计算法的吞吐量性能明显优于不具有鲁棒性的资源分配算法.     

基于智能反射表面辅助和信息年龄度量的安全状态更新

为满足万物互联和物理层安全的要求,针对存在多个窃听者和多个合法用户的状态更新系统的通信安全问题,提出了一种利用智能反射表面（IRS）辅助的安全波束成形设计方法实现主动防御。同时,考虑了状态更新场景下对于信息新鲜度的要求,引入平均保密年龄和保密年龄中断概率的信息年龄（AoI）性能指标,在发射功率、状态更新概率和IRS反射相移的约束下,联合优化基站发射波束成形矩阵、IRS相移和状态更新概率,从而保证状态更新的同时最大化系统安全性。针对系统的动态性和复杂性以及非凸优化问题的挑战性,提出了一种基于深度双Q网络（DDQN）算法的安全波束成形方法,以实现动态环境下针对窃听者的最优波束成形策略。仿真结果表明,本文提出的基于DDQN的安全波束成形方法可以显著提高IRS辅助状态更新系统的安全性。     

PDMA的可见光通信系统

提出了一种基于新型非正交多址接入技术——图样分割多址接入（PDMA）技术的可见光通信系统.PDMA技术可同时优化多用户可见光通信系统的发送端和接收端,实现非正交传输.在发送端,在相同的时域和频域资源内,为实现资源复用,需要将多个用户信号的功率域、空域、编码域进行单个或多个联合编码.接收端进行多用户检测时,采用消息传递算法优化可见光通信系统的整体性能.相比于正交频分复用多址接入技术,PDMA技术在支持用户数量方面能够提供150%的过载增益.对可见光通信系统进行了理论分析、模拟仿真和实验验证,实验结果表明,在有限的LED带宽约束下,当误码率达到10^-3时,传输距离可达120 cm.     

智能反射面和协作干扰的无人机安全通信算法

为了进一步增强无人机通信系统的保密率,提出了基于智能反射面和协作干扰的无人机安全通信系统。通过利用智能反射面动态地加强回传链路以及通过协作无人机引入人工噪声干扰非法窃听者,从物理层提高无人机通信系统的安全性。考虑源无人机轨迹、干扰无人机轨迹、功率控制和智能反射面相移,以最大化系统的保密率为目标提出联合优化问题。提出了一种交替优化算法,将原问题变为4个子问题,并通过连续凸逼近、半定松弛将原始的非凸问题转换为近似凸性子问题,使其可通过凸优化工具直接求解。仿真结果表明,所提优化算法能够快速收敛,相比于传统的非智能反射面辅助的通信网络,所提算法能显著地提高系统的安全保密率。     

基于直传和全双工中继的CR-NOMA系统中断性能分析及功率分配研究

非正交多址接入(NOMA)是5G网络的关键候选技术之一,与认知无线电(CR)技术相结合形成的CR-NOMA系统,能够实现更高的频谱效率、更大的吞吐量和更低的传输延迟。本文将协调直传和中继传输(CDRT)技术引入CR-NOMA系统,其中CDRT表示次级源(SS)直接与近端用户通信,而仅通过中继与远端用户通信。在非理想串行干扰消除(SIC)和全双工(FD)中继情况下,推导了NOMA用户中断概率(OP)的精确闭式表达,并获得了在干扰温度限制(ITC)或者SS发射功率趋近于无穷时,用户OP的渐近表达式。此外,基于用户公平性和OP性能,提出用户功率分配因子优化算法。蒙特卡洛仿真验证了理论分析与实验结果的一致性。经过所提算法优化后,用户之间的公平性增加,系统总速率明显增大。     

无人机辅助NOMA下行的用户分簇与功率分配算法

针对用户非均匀分布的无人机辅助非正交多址接入(NOMA)下行通信系统,提出了最大化和速率的用户分簇与功率分配算法。考虑用户服务质量,建立了最大化和速率的功率分配优化问题,为了解决该问题,提出了三步策略降低求解复杂度。首先,确定了无人机的最佳部署位置;其次,基于无人机位置,提出了角度密度的噪声空间聚类算法;最后,使用连续凸逼近方法获得功率分配问题的次优解。仿真结果显示,所提算法的分簇效果与通信性能优于相同场景中的传统算法。     

基于多RIS优化的空间调制安全传输映射策略

为保证信号传输的抗窃听安全,提出了一种可重构智能表面( RIS)辅助空间调制的安全传输映射策略。 首先,发射端通过与 RIS 间的瞬时信道质量选取不同空间调制和星座调制的映射模式提升窃听难度。 为保证合法接收者的保密速率和误码率,以最大化合法接收者的信噪比为目标,优化 RIS 的位置和相移。 同时,利用梯度投影法解决 RIS 相移的非凸恒模约束问题。 仿真结果表明,在较低信噪比下,所提安全传输策略能满足接收者的性能。在瞬时映射模式下,窃听者无法正确解码窃听信息,有效地保证了系统的抗窃听安全。     

多天线无人机通信系统中的安全波束成形方案

针对第6代移动通信系统中多天线无人机通信下行链路传输系统,在有多个合法用户和单个窃听者的场景以及已知窃听者统计信道状态信息的情况下,提出了2种安全波束成形方案：一种是基于迫零算法的波束成形方案,在系统传输总功率受限条件下最大化系统可达安全速率,得到了波束成形权矢量和功率分配因子的闭合解;另一种是基于增强信漏噪比算法的波束成形方案,采用一种分式规划和交替方向乘子法（ADMM）相结合的迭代算法,实现波束成形权矢量和功率分配因子的设计.仿真结果表明,相比较于迫零算法,基于ADMM的增强信漏噪比算法能够有效地提升系统的安全性能.     

基于PSO算法的RIS-MIMO联合波束成形方案

在可重构智能表面(RIS)辅助的多输入多输出 (MIMO)系统中,为了最大化系统的频谱效率,波束成形需要联合考虑基站的主动波束成形和 RIS 的相移设计。 对此,提出了一种基于改进粒子群(PSO)算法的波束成形方案。首先,利用交替优化思想,将联合波束成形问题分解为基站处的有源波束成形和 RIS 处的相移设计。 然后,利用注水功率分配和改进的 PSO 算法分别对这两个问题进行交替优化求解。 最后,将所提方案推广到实用相移模型的RIS 中。 实验结果表明,所提方案可以有效地解决此波束成形问题,并能大幅提升系统的频谱效率。     

认知无线电网络中的参数优化问题

针对在多协作用户宽带信道情况下,认知无线电网络中当信道增益固定时,检测时间、功率以及带宽分配等参数的优化问题,提出了各参数的联合优化算法.以信道容量为目标函数,给出了最优的资源分配算法.结果表明,该算法能够实现频谱接入并且极大地提高了次用户系统的总信道容量,且资源分配与主用户占用的概率、峰值发射功率和干扰约束等因素有关.在多认知用户网络中,参与合作的用户越多,接收信号的信噪比越高,次用户系统的总信道容量越大.     

多小区下行NOMA系统中最大公平的功率分配方案

对于多小区多簇且每个簇包含任意用户的下行非正交多址接入（NOMA）系统,提出了一种最大公平的功率分配方案.首先构建了最大公平的功率分配优化问题;推导了单簇内以最大公平为准则的分配功率时,该簇内每个用户的速率与每个簇的总功率之间的关系,并基于该结论,将优化问题中用户间的功率分配转化为簇间功率分配;最后给出了一种基于迭代的簇间功率分配算法,为每个簇平均分配功率并计算单簇内最大公平准则下用户的速率.通过多次调整最大速率所在小区簇的功率和最小速率所在小区簇的功率,得到该系统中最大公平的功率分配.仿真结果显示,所提方案的公平性优于相同场景中已有的功率分配方案.     

基于非完美信道信息的协作NOMA系统中保密通信技术研究

该文针对协作NOMA系统中保密通信进行了研究,在该NOMA系统中,一个有高保密需求的用户 (LU1)被多个非合作窃听者窃听,另一个普通用户(LU2)同时与基站(Alice)进行通信。为了提高系统的安全性能,在系统中引入了一个协作干扰者(Charlie)来扰乱窃听者。考虑更加贴近实际场景的非完美信道信息情况,基于LU1的保密需求和LU2的QoS要求,提出了一个自适应功率分配算法来解决安全速率最大化问题。仿真结果验证了该方案的有效性和灵活性,并且验证了非完美信道信息会降低系统安全性能以及能效。     

智能反射面辅助的短包通信系统：时延与安全性能分析

智能反射面(Reconfigurable Intelligent Surface,RIS)以其灵活性、低成本和高效率的特性,被认为是第6代移动通信系统的关键技术之一。为了提高短包通信的性能,提出了一种RIS辅助的短包通信系统。在有限长编码定理的指导下,基于排队论及有效容量理论分析了RIS辅助的短包通信系统统计时延违反概率并得到了闭合表达式;基于物理层安全理论,分析了RIS辅助的短包通信系统遍历保密传输速率并得到了闭合表达式,进一步得到了高信噪比条件下系统遍历保密传输速率闭合表达式。通过蒙特卡罗仿真验证了理论分析结果的有效性,通过增加智能反射单元数量、将RIS部署在靠近发送端或接收端的位置,可有效降低短包通信系统统计时延违反概率、提升遍历保密传输速率。