SWIPT MIMO全双工系统中的物理层安全通信优化方法

研究多输入多输出通信系统中同时存在无线信息与能量时的安全传输问题。在源端和全双工节点发送端的发送总功率、全双工节点接收端的能量收集限制2种约束条件下,设计人工噪声与全双工节点接收端的能量分配因子,给出保密速率最大化问题的函数表达式,并分别提出基于替代函数和泰勒公式展开的2种优化方法。仿真结果表明,所提2种方法能有效解决全双工模式中的保密速率最大化问题,且与半双工模式相比,全双工模式可以提高系统的保密速率与安全性。     

电光双向强度调制器的隔离度研究

设计和制作了应用于微波全双工收发系统的马赫-曾德尔型电光双向强度调制器。根据电光调制器中电信号对光信号的调制叠加原理,通过计算和仿真,分析了因调制电极设计电场与实际电场分布差异导致的器件隔离度劣化。通过对比不同调制电极结构的分析设计和仿真优化结果,得到3.5GHz以上频段隔离度优于-30dB的电光双向强度调制器设计结构。制备出的电光双向强度调制器在5~17GHz范围内隔离度优于-30dB。     

最小化具有无线携能通信的全双工中继系统发射功率和

考虑在无线网络中采用信息与能量同步传输来提高无线中继系统的性能,提出了基于无线射频网络中采用无线携能通信（SWIPT）技术的具有自能量回收的双向传输全双工中继系统。SWIPT应用在双向全双工中继系统中是一个新的尝试,其中能量受限的目的节点使用从中继和环路信道捕获的能量来发送反馈信息,并给出了全双工中继系统工作的逻辑结构和能量受限的目的节点的物理结构。然后,以最小化系统发射功率和作为优化目标来描述系统的性能,采用功率分配方案进行信息解码和能量捕获,应用半定规划、秩松弛和拉格朗日方法将原始非凸优化方程转化为可解凸优化问题并求解,且联合优化了中继发射功率、发射波束成形向量和功率分配比率。最后,实验仿真对比了所提的新系统与传统双向传输中继系统,结果验证了利用自能量回收不仅可以消除自干扰,而且可以显著优化系统发射功率和,且由于SWIPT技术与全双工中继系统的结合,使得所提出的系统比传统的双向传输系统具有更高的性能增益。     

全双工阵列的数字域联合干扰抑制算法

针对当前全双工系统无法有效应对外部干扰的问题,将全双工自干扰抑制技术与阵列自适应波束成形技术相结合,提出一种自干扰和外干扰的数字域联合抑制算法。首先建立该场景下全双工阵列的系统模型,然后基于时域自干扰抑制算法和最小方差无失真响应(MVDR)波束成形算法,给出算法的数学模型,并对该算法的性能进行理论分析。数值仿真证明,该算法能够同时将自干扰与外干扰抑制到噪声电平以下。     

基于NOMA的全双工多层异构网下行链路覆盖分析

针对异构网（Heterogeneous Network,HetNet）无线回程,现有研究主要集中于提升网络吞吐量,而对回程覆盖性能研究较少.由此,本文构造了一种在小小区基站（Small cell Base Station,SBS）上结合全双工（Full-Duplex,FD）和非正交多址接入（Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA）技术的大规模多输入多输出（Multiple Input Multiple Output,MIMO）辅助多层HetNet模型.利用信干比（Signal-to-Interference Ratio,SIR）来模拟有源SBS的分布,得出不同类型接收端的干扰;然后推导了移动用户（Mobile User,MU）下行链路覆盖概率闭合表达式.仿真和数值结果表明,SBS下行链路覆盖概率会随着小小区下行链路功率共享系数的增加而减小;此外,通过对比NOMA和正交多址接入（Orthogonal Multiple Access,OMA）以及FD和半双工（Half-Duplex,HD）对下行链路覆盖性能的影响,本文提出的方案能显著提升网络性能.     

全双工协作多播业务在NOMA系统中的应用和性能

研究了多播业务在协作非正交多址接入（non-orthogonal multiple access,NOMA）系统中的应用及其性能。在一个单播和多播混合业务的场景中,多播用户组中选择某个信道状态最好的用户作为中继进行解码转发单播用户的信号,并在中继用户支持全双工的模式下,分析和推导了单播用户的中断概率和平均可达速率的闭式表达式。蒙特卡洛仿真结果和理论推导高度一致,表明提出的协作多播应用可以极大改善单播用户的中断性能,且多播用户的容量性能在中继发射功率不是很高的情况下不会受到影响。     

智能窃听下协作NOMA网络的性能分析

针对下行双用户NOMA (Non-Orthogonal Multiple Access)系统模型中存在智能窃听者,该窃听者可以自适应地选择被动窃听或主动干扰工作模式,在不精确了解其干扰水平的情况下,部分NOMA用户很有可能遭遇传输质量下降乃至保密中断,这将对信息安全传输构成严重威胁。另外,由于信道衰落,用户的位置对系统整体性能有很大影响,难以保证距离源节点较远用户的传输质量。为解决上述问题,本文提出了一种新型的两阶段用户协作方案。第一阶段,远用户采用全双工(full-duplex,FD)干扰智能窃听者,第二阶段,近用户可作为一个中继协助源节点转发远用户信号信息,并在接收端采用串行干扰消除（Successive Interference Cancellation, SIC）技术进行解码。使用户间达成合作,提高通信链路安全性和用户服务质量。考虑到系统中不同用户的信息接收速率与通信需求不同之间的相关性,分别推导了遍历安全容量和遍历容量的解析表达式,同时分析了功率分配因子和用户间协作发射功率等因素对性能的影响,并通过Monte-Carlo仿真验证了其正确性。      

低分辨率ADCs大规模MIMOAF中继系统性能分析

在全双工大规模多入多出(massive MIMO)中继系统中,大量基站天线的数模转换给系统带来的硬件损伤和能量消耗,并且系统的性能可能会受到环路干扰的影响。为此,基于最大比传输/合并预处理方案,对多用户全双工massive MIMO放大转发中继系统进行研究,该系统由massive MIMO基站和多对单天线用户组成,massive M IM O基站采用低分辨数模转换且工作在全双工模式。通过随机矩阵理论,获得任一用户对各态历经速率的闭式解,并分别研究3种不同功率分配方案下的系统渐近特性。性能分析结果表明,当信源发射功率为常量且基站的发射功率与基站传输天线成反比时,系统能同时有效地遏制环路干扰和低分辨率ADCs的影响,而当信源和基站的发射功率同时与天线数成反比时,系统可抑制环路干扰的影响,但不能抑制量化噪声的影响。     

基于拉普拉斯先验算法的多维度频谱感知

全双工认知无线电LAT（Listen-and-Talk）模型能够在次用户传输数据的同时进行频谱感知,这要求感知用户能在次用户自干扰的影响下检测当前是否存在主用户。利用全局功率谱模型的方法实现了对当前用户的使用频段、发射功率和位置坐标的多维度感知,以此辨别该用户的身份。在求解数学模型时,选取了拉普拉斯近似函数用作未知参数的先验概率密度函数,与现有方法相比,提升了算法收敛速度,并获得了准确性更高的结果。     

结合全双工与协作干扰的无线网状网物理层安全策略

针对无线网状网中缺少窃听者先验知识不利场景中的安全连接问题,提出了一种结合全双工和协作干扰技术的物理层安全策略。利用全双工通信中的自干扰消除技术和协作干扰技术,提出的安全策略可有效劣化位于信息传播范围内包括潜伏在接收节点附近窃听者的接收性能。为保证信息的安全传输给出了协作干扰节点的选择方法,基于随机几何等数学方法导出了选定路径的安全连接概率表达式。性能分析和仿真结果表明,所提方法与仅基于全双工或协作干扰技术的方法相比,其安全性能有较大提升。