基于主动智能反射面和人工噪声辅助的MISO无线安全传输

为实现无线通信系统的安全传输,面向多输入单输出(Multiple Input Single Output, MISO)系统,提出了基于主动智能反射面(Intelligent Reflecting Surface, IRS)和人工噪声辅助的安全传输方案。其中,主动IRS被放置在基站和合法用户之间,用以增强基站到合法用户的机密信息传输,同时抑制窃听者接收到的信号强度。基站通过构建波束成形和人工噪声,进一步改善了系统的安全传输性能。为最大化系统的安全传输速率,设计了关于基站发射波束成形、人工噪声、主动IRS反射相位、主动IRS放大系数的联合优化问题。由于所提问题为非凸优化问题,设计了基于交替优化、连续凸逼近(Successive Convex Approximation, SCA)、半正定松弛(Semi-Definite Relaxation, SDR)的高效算法,并获得高精度的次优解。仿真结果表明,相较于被动IRS、无IRS和IRS随机相位方案,主动IRS方案有更高的系统安全传输速率;相较于无人工噪声方案,引入人工噪声可以进一步提升系统的安全传输速率。     

蜂窝网络下中继D2D系统的保密速率研究

对蜂窝网络下中继D2D系统中蜂窝用户的物理层安全性能进行了研究,实现了既满足D2D对的传输速率要求,又提升蜂窝用户的保密速率的双赢局面.在空闲的蜂窝用户中挑选中继节点,将D2D对的干扰看作友好干扰,构建了多约束的非凸混合整数优化模型,通过分层求解,提出了单用户场景下的功率控制算法和多用户场景下的信道分配算法.仿真结果表明:功率和信道的联合优化算法与通信系统中随机接入算法相比,能够在满足约束条件的同时提升蜂窝用户的保密速率,增强物理层安全性能.     

基于用户协作干扰的IRS辅助安全传输方案

针对协作通信网络无线信道高度开放的信息安全问题,提出一种基于智能反射面(IRS)辅助通信与用户协作干扰的下行链路物理层安全传输方案,并给出了一种基于交替迭代的保密容量最大化算法.该方案中智能反射面通过调整反射相位辅助合法用户进行通信,并且全双工用户在接收有用信号的同时发射人工噪声,从而增强系统信息安全传输.为了求解系统保密容量的非凸优化问题,利用交替迭代算法将其分解为3个子问题,分别对基站波束成形矢量、系统功率分配系数及IRS相移矩阵进行优化.在求解的过程中推导了波束成形矢量和功率分配系数的闭式解,并分别利用连续凸近似和黎曼流形优化两种算法得到了IRS的最佳相移矩阵.分析与仿真结果表明：所提出的方案能够快速收敛,且基于黎曼流形的优化算法具有更低的复杂度.与随机相位或固定功率系数的方案相比,该方案能够显著提高系统安全性能.     

多蜂窝MISO通信系统中干扰消除策略研究

针对部分信道状态信息下的小区间干扰消除问题,通过使用2个独立的随机矢量量化(RVQ)码本分别量化期望信道和干扰信道,首次分析了2个小区MISO有限反馈系统模型下3种波束形成传输策略(特征波束形成、迫零波束形成、最大化信漏噪比)和速率性能,并根据用户在小区中的位置和小区边缘的平均信噪比,研究了基站最优的波束形成传输策略选择.仿真结果表明:当用户噪声受限时,相邻小区基站应选择特征波束形成传输策略;当用户干扰受限时,相邻小区基站应选择最大化信漏噪比传输策略.     

IRS辅助的MISO-SWIPT安全速率最大化算法

为增强系统的稳定性,基于智能反射面（intelligent reflection surface,IRS）辅助安全通信,为用户采用功率分配架构的无线携能传输（simultaneous wireless information and power transfer,SWIPT）技术以提高用户安全速率并降低用户的能量消耗,建立了系统安全速率最大化的目标函数模型;考虑IRS相移约束、基站最大发射功率、功率分配比率约束和用户最低能量采集约束,提出了一种基于交替优化的安全速率最大化算法。利用连续凸近似算法,将目标函数转化为凸的形式;采用交替优化,对耦合变量进行解耦处理;提出一种波束赋形算法以实现安全速率最大化。仿真表明,提出的算法能够有效提升IRS辅助的SWIPT系统的安全速率,至少比其他算法提高了2.63bps/Hz。     

多发单收窃听信道中人工噪声辅助的鲁棒波束成形设计

针对无线通信物理层安全中合法用户接收的信息易受到非法窃听者窃听的问题,提出了一种人工噪声辅助的鲁棒波束成形(AN-RBF)设计方案。首先,利用信道估计分别获取发射端到合法用户的瞬时非理想信道状态信息(CSI)和发射端到窃听者的统计CSI;然后,在发射端向合法用户发送的信号中添加人工噪声,通过对有用信号和人工噪声进行联合优化,在满足发射功率控制和中断概率限制的约束条件下实现安全传输速率的最大化。AN-RBF方案发射端仅需获取窃听者的统计CSI,且发射端获取的合法用户的瞬时CSI是非理想的,系统开销少,另外,人工噪声的添加可以降低窃听者接收端信干噪比,提高多发单收(MISO)窃听信道中的安全传输速率。仿真结果表明,在20dB功率且仿真环境相同的情况下,所提AN-RBF方案的安全速率比各态同向人工噪声辅助方案提高了约2bit·(s·Hz)-1。     

一种多天线无线供电网络能量传输和数据上报联合优化算法

文章联合优化数据-能量传输时长与能量波束,在保障节点最低传输速率的前提下最大化所有节点的加权和速率,提出了一种基于交替迭代的求解框架。对于能量-数据时长优化,提出基于节点剔除的数据时长分配算法与基于黄金分割的能量时长搜索算法;对于能量波束设计,提出基于半正定规划和矩阵分解的信号数目选择和波束设计算法。仿真结果表明:所提方案通过设置节点最低数据传输速率,可以更好地保障节点数据的成功传输;此外,相比于单天线方案,多天线可以显著提高系统传输性能。     

MIMO-OFDM系统中自适应比特和功率分配

高速多媒体业务的发展要求无线通信能够提供更高的数据速率和服务质量.为了提高系统容量和性能,MIMO技术、OFDM技术以及自适应传输技术得到了广泛的研究.在完全已知信道状态信息假设前提下,提出了一种针对单用户MIMO-OFDM系统的自适应传输方案.该方案基于子载波上预编码优化设计,在多入多出信道的特征子信道中进行功率注水和动态比特分配,能在满足平均功率约束和给定误比特率条件下最大化系统传输速率.仿真结果表明,所提算法与贪婪算法相比,具有较快的收敛速度,同时其性能在不同的误比特率要求和时延扩展条件下, 都优于传统的波束成形和正交空时编码方案.     

多入多出(MIMO)系统中的可变速率多用户分集技术

提出一种在MIMO系统中采用自适应调制实现可变速率多用户分集的方案。这种方案在仅需反馈子信道信噪比的条件下,最大化系统的总比特率。在发射端利用随机波束成形矩阵对发射信号进行波束成形,并根据‘灌水原理’对不同天线的发射信号进行功率分配;接受端对接收信号进行相应的线性处理后,估计出子信道的有效信噪比并将其反馈回发射端。发射端根据反馈的信噪比,采用比例调度算法选出期望用户。最后,在满足一定误码率的条件下,对期望用户的子信道进行自适应调制。仿真结果表明,当小区内的用户数足够多时,所提出的方案获得的系统吞吐量将收敛于在发射端使用特征波束成形矩阵的吞吐量。     

基于正交随机波束成型的多用户多波束选择策略

针对正交随机波束成型(ORBF)当系统用户少时性能下降严重的问题,提出一种基于ORBF的多用户多波束选择策略.其基本思想是针对ORBF选定的优化用户集再次反馈部分信道信息,使得在系统用户数较少时系统总速率得到有效提高,并对功率平均分配和自适应功率分配两种情况分别进行了分析.仿真结果表明,该策略在增加部分反馈信息和提高发射机复杂性的条件下,可极大地提高系统总速率.