无人机网络中人工噪声增强的短包隐蔽通信

考虑无人机（Unmanned Aerial Vehicle, UAV）网络中人工噪声（Artificial Noise, AN）增强的隐蔽无线通信,其中UAV工作在全双工状态,不仅接收Alice发送的隐蔽信息,而且产生AN恶化Willie的探测性能。构建了UAV的三维位置部署和AN发射功率以及Alice发射功率设计的联合优化问题。所构建的优化问题是非凸的且其优化变量相互耦合,这导致该优化问题很难直接求解。为了求解该优化问题,首先根据优化问题隐含的特性,将其等价地转换为更易处理的形式。随后,推导了Alice发射功率和AN发射功率的最优解析表达式。随后证明了UAV的最优水平位置一定位于Alice和Willie的连线上。在此基础上,推导了UAV的最优三维放置位置。仿真结果表明,与无AN方案相比,所提方案可以显著的提高系统的隐蔽传输性能。      

IRS辅助的NOMA无人机网络安全速率最大化算法

该文研究了智能反射面(IRS)辅助基于非正交多址接入(NOMA)技术的无人机(UAV)网络中的安全传输。为了使系统安全速率最大化，该文提出联合优化无人机位置、串行干扰消除解码顺序、IRS反射矩阵和UAV发射功率的资源优化问题。由于优化问题是一个混合整数非凸优化问题，该文提出一种基于块坐标下降的迭代算法，将原问题分解为3个子问题，采用基于惩罚、半正定松弛和连续凸逼近的方法求解子问题。仿真表明，所提算法的系统安全速率优于没有IRS辅助的NOMA方案和没有IRS辅助的正交多址方案。     

智能反射面协助下的通信感知一体化系统

路径衰弱问题严重制约城市密集区域通信感知一体化系统的性能的提升,为此提出了一种IRS协助下的通信感知一体化系统设计方法。该系统设计的目标是在用户所需SNR、一体化基站发射功率和IRS相位满足系统设计的需求下,通过设计一体化基站的波束成形矢量和IRS的相移矩阵来最大化雷达SNR。然而上述优化问题受IRS相移矩阵高次单位模的限制,要想获取该非凸优化问题的解非常困难,创新性地提出基于MM迭代优化算法,该算法首先利用MM算法对IRS相移矩阵进行降次,然后采用内点法来求解带单位模约束的QCQP问题。为了降低求解IRS相移矩阵子优化问题的复杂度,进一步提出了二分查找算法,来获取相移矩阵的闭式解,使其满足智能驾驶等应用对低时延的需求。实验结果表明相比于没有IRS的传统方法,IRS协助下的通信感知一体化系统可以提供间接的数据通信和目标探测路径,从而有效地提高通信数据传输和雷达目标探测的性能。     

基于功率分配能量采集的全双工放大转发中继系统

针对三节点放大转发中继系统,研究了基于功率分配能量采集的全双工中继传输方案。在中继配置大规模天线的情况下,提出了三种天线选择方法,并通过合理的假设分别推导了三种天线选择方法的速率的近似闭合表达式,并设计了天线选择模式切换方案。基于三种不同的天线选择方法,该文分析了基于功率分配采集协议中的最优功率分配因子以及不同方案的算法复杂度。最后,通过蒙特卡洛仿真证明了闭合表达式的准确性,并基于发射功率和信道增益分析了三种方案的优缺点。其中在大发射功率的情况下,方案一的性能最优;在小发射功率的情况下,方案二的性能最优;在中等发射功率的情况下,折中的方案三的性能最优。      

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。     

智能反射面辅助NOMA系统上行链路速率优化算法

为了优化非正交多址接入(Non-orthogonal Multiple Access, NOMA)系统上行链路速率，文中利用智能反射面(Intelligent Reflecting Surface, IRS)可以改变入射信号相移的特性对NOMA系统上行传输速率进行研究。为了最大化和速率，提出联合优化用户发射功率和IRS的相位偏移的问题，首先采用低复杂度的块坐标下降(Block Coordinate Descent, BCD)算法将原始优化问题分解成两个简化的子问题，再通过交替优化算法求解简化后的两个子问题。实验仿真结果证明该优化方案可以显著提升系统和速率。     

IRS和人工噪声辅助的MIMO-SWIPT系统安全传输方案设计

针对多天线无线携能通信系统中能量收集节点作为潜在窃听者的信息安全问题，提出了一种智能反射面(Intelligent Reflecting Surface, IRS)和人工噪声辅助的物理层安全传输方案。首先考虑发射功率、能量收集门限以及IRS单位模约束，以最大化系统安全速率为优化目标，在合法用户直射链路不可用的情况下，联合设计发射端波束赋形矩阵、人工噪声协方差矩阵以及IRS相移矩阵，建模一非线性多变量耦合的非凸优化问题；接着利用均方误差准则等价转换非凸目标函数，并利用连续凸逼近方法(Successive Convex Approximation, SCA)处理非凸的能量收集约束；最后基于交替优化框架，分别用拉格朗日对偶方法和基于价格机制的优化最小化(Majorization-Minimization, MM)算法求解发射端变量和IRS端变量。仿真结果表明，与现有方案相比，所提算法能够在保障能量收集需求的同时大幅度提升系统的安全性能。     

IRS辅助的安全通信系统波束成形嵌套优化算法

智能反射面（Intelligent Reflecting Surface,IRS）是一种通过重新配置无线传播环境,提高无线通信网络安全性的绿色通信新技术。该文针对IRS辅助的多输入单输出安全通信系统,考虑在合法用户保密率约束下,联合优化基站处的发射波束成形和IRS处无源移相器的反射波束成形,使基站的发射功率最小。为了求解多变量耦合的非凸优化问题,我们提出了拉格朗日函数和粒子群嵌套优化算法,使用粒子群算法搜索IRS的反射波束成形,拉格朗日函数求解对应的发射波束成形,获得非凸优化问题的次优解。论文仿真比较了不同算法下基站所需的发射功率,结果表明所提算法基站所需发射功率更低。      

基于智能反射面的无线抗干扰通信方法

由于无线信道的开放性,当前无线通信系统愈发受到恶意干扰攻击. 为了提高无线通信干扰能力,提出了一种基于智能反射面（intelligent reflecting surface, IRS）的抗干扰通信方法. 针对IRS辅助的通信抗干扰系统,考虑在用户接收信干噪比约束和连续相移约束下,建立非线性、多变量耦合的功率最小化资源分配模型,以实现频谱和能量性能的双向提升. 利用交替优化和半正定松弛求解原变量耦合的非凸优化问题,以得到最优发射波束和IRS相移. 此外,针对模型求解复杂度高的问题,还提出了一种低复杂度算法以得到发射波束的低复杂度闭式解. 同时,进一步提出了一种实用且快速响应的经验算法,以应对时变高动态干扰. 仿真结果表明,与现有未引入IRS方案相比,所提算法在各种情况下收敛迅速,并且功率消耗和干扰容限都有约30 dB的性能提升.     

一种基于最小误码率的OFDM自适应比特及功率分配算法

OFDM自适应调制技术根据各子载波在频率选择性衰落信道中不同的瞬时增益,动态地分配数据比特和发射功率,可以优化系统性能,提高频谱效率。该文主要研究OFDM系统发射功率和传输比特数不变时误码率最小化的自适应(MA)算法。提出一种以注水门限为迭代参数的MA算法,并引入有记忆步长迭代法,提高算法的稳定性。仿真结果表明,与过去的算法相比,该算法能以较低的复杂度获得更好的性能。     

人工噪声辅助的物理层安全信号峰均功率比减低算法

人工噪声辅助的物理层安全通信系统采用人工噪声破坏窃听信道的方式提升系统安全信道容量是近年来物理层安全通信领域研究的经典系统模型之一。该文针对这一模型中发射信号存在高峰均功率比问题,利用噪声子空间提供的冗余度提出一种基于噪声子空间功率分配的峰均功率比降低算法。该算法通过分式规划、DC规划以及二次非凸等式约束松弛将非凸的峰均功率比优化问题转化为一系列的凸问题迭代求解。仿真结果表明在系统放大器存在一定线性范围的约束下,该文提出的算法能够有效降低人工噪声辅助的物理层安全通信系统发射信号的峰均功率比问题,达到提高系统中合法用户的通信性能的目的。     

基于IRS辅助的SWIPT物联网系统安全波束成形设计

为满足绿色万物互联的智能信号处理部署和物理层安全的新要求,针对基于智能反射面辅助的无线携能通信物联网系统中可持续能量供应紧缺问题,提出了一种安全波束成形设计方法。考虑保密速率、发射功率和IRS反射相移约束,以最大化能量采集器采集功率为目标,联合优化基站发射波束成形矩阵和干扰机协方差矩阵以及IRS相移,将优化问题建模为具有二次型约束的非凸二次型规划问题。利用松弛变量、半定松弛法、辅助变量和序列参数凸逼近法将非凸的二次型问题转化为等价的凸问题,并提出一种交替迭代优化算法获取原问题的可行解。仿真结果表明,所提算法能够快速收敛,且与基准方案相比能有效地提升性能。     

主动干扰辅助下的无人机隐蔽通信功率与位置联合优化

利用友好干扰节点发送人工噪声是无线隐蔽通信中一种常见实现方法,可以增加监听者做出判断的不确定性,从而实现隐蔽传输。为此,考虑在无人机隐蔽通信网络中,部署一个空中的友好干扰节点,发射人工噪声干扰地面监听者的检测。对无人机与地面用户之间实现无线隐蔽传输进行了研究,分析了其有效隐蔽性能,联合优化了2架无人机的发送功率和位置部署以最大化隐蔽传输速率,使用粒子群优化算法与功率位置交替迭代算法2种优化方法得到最优的无人机部署位置及功率分配方案。仿真结果表明,联合优化方案相比于固定位置只优化功率的基准方案可以显著地提高系统隐蔽传输性能,且交替迭代算法所得结果要优于粒子群优化算法。     

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。     

Energy efficiency maximization resource allocation algorithm in wireless-powered backscatter communication network

In order to alleviate the energy consumption problem caused by the increasing number of Internet of things (IoT) nodes,an energy-efficient (EE) maximization based resource allocation algorithm was proposed for multi-carrier wireless-powered backscatter communication network.Firstly,a multivariable and nonlinear resource allocation model was formulated to jointly optimize transmit power,transmission time,reflection coefficient,and energy-harvesting allocation coefficient,where the maximum transmit power constraint of the power station and the minimum harvested energy constraint at the backscatter device were considered.Then,the original non-convex optimization problem was transformed into a convex one which was solved by using Dinkelbach’s method and the variable substitution approach.Furthermore,the analytical solution of the resource allocation problem was obtained based on Lagrange dual theory.Simulation results verify that the proposed algorithm has better EE by comparing it with the existing algorithm under pure backscatter mode and algorithm under the harvested-then-transmit mode.     

智能反射表面辅助的无线携能通信网络资源分配算法

为了解决终端设备能量受限、网络覆盖范围有限等问题,实现绿色万物高效互联,引入了一种新的智能反射表面技术,构建智能反射表面辅助的无线携能通信网络.为了进一步提升该网络的总吞吐量,提出了一种以速率和最大化为目标的资源分配方案.考虑基站的发射功率限制、所有物联网设备最低能量需求限制和智能反射表面的相移约束,建立联合发射波束设...     

隐蔽可见光通信的基本性能限研究

面向第6代移动通信的发展需求,可见光通信(VLC)是一种极具发展潜力的室内覆盖方案。由于开放性和广播性,VLC的信息安全问题不容忽视。作为一种新型的信息安全技术,隐蔽无线通信近年来得到了广泛研究。然而VLC和无线射频通信存在显著差异,隐蔽无线通信的研究成果并不能直接运用在隐蔽VLC中。鉴于此,该文对隐蔽VLC的基础理论进行了研究。首先,在隐蔽性约束、信号非负性和平均光功率约束下,建立了泛函优化问题,得到了输入信号的最优分布为指数分布,为隐蔽VLC的信号设计提供了参考。接着,利用隐蔽性约束条件,得到了发射机的平均光功率需满足的条件,为发射机设定发送光功率提供了依据。然后,在发射机已知或未知监视者信息情况下,分别推导了隐蔽VLC可以隐蔽传输的最大信息量,揭示了隐蔽VLC的基本性能限。最后,数值结果对理论分析进行了验证。