多IRS辅助的NOMA URLLC系统性能优化

工业自动化等新型无线通信场景具有严格的低时延性和高可靠性需求,在网络中联合使用智能反射面(IRS)、非正交多址接入(NOMA)以及超可靠低时延通信(URLLC)技术能支持海量终端接入,并提供更低的通信时延、更高的可靠性,以及更高的吞吐量性能。考虑多IRS辅助的NOMA URLLC系统在多个用户被划分为多个簇的情况下,用户簇和IRS如何最佳配对和通信资源如何优化的问题,研究了联合优化用户发射功率分配、IRS反射波束成型以及用户簇IRS配对决策问题,最大化用户的吞吐量之和。为解决所考虑的非凸优化问题,提出一种基于交替迭代算法,通过巧妙地引入松弛变量,并采用半正定松弛方法,高效求解功率分配优化、IRS反射波束成型优化以及用户簇IRS配对决策优化三个子问题。仿真结果表明,所提算法能显著提高系统吞吐量,并且显示了用户簇IRS配对决策优化的必要性与有效性。     

双无线供能IRS辅助的无线通信系统的吞吐量优化研究

在未来物联网等新型无线网络场景中,需要进行信息和能量同步传输,而且通信环境复杂多变,通信设备维护成本较高。一方面,智能反射面(IRS)能通过对无线信道的智能调控提高无线通信与无线传能的性能,另一方面,通过无线能量传输对IRS进行供能,解决部署IRS时存在的供能不便的问题,降低设备维护成本。研究双无线供能IRS辅助的无线通信系统的吞吐量优化,在该系统中,多天线基站先向IRS无线传输能量,然后在IRS的辅助下向多个单天线用户发送信息。针对基站与IRS之间的信道不受阻和受阻两种情况,分别提出两时隙和三时隙的传输模式,并研究优化它们的吞吐量。具体而言,研究联合优化基站的发射波束成形、IRS的反射波束成形以及各时隙长度,在基站最大发射功率、各用户最小接收速率、各时隙持续时间和IRS反射系数的模一约束下,最大化系统的总吞吐量。由于优化变量高度耦合,难以直接求最优解,提出了基于交替优化、连续凸逼近和半正定松弛的优化算法,以求得优化问题的高质量次优解。仿真结果显示,所提联合优化算法取得了明显高于基准算法的吞吐量性能,并且揭示了两时隙和三时隙传输模式的适用场景。     

全双工无线携能通信速率最大化波束赋形研究

针对全双工无线携能通信系统,提出了一种基于系统和速率最大化准则的波束赋形联合优化方案。该方案以系统和速率最大化为目标,在保证上行/下行链路的最大发射功率约束及最小能量收获需求的同时,实现了信息速率和频谱效率的同步改善。由于速率问题为非凸问题,首先采用半定松弛及一阶泰勒近似方法将其转换为凸优化问题,然后结合基于逐次凸近似的迭代算法分别求解最优的信息波束赋形矢量和能量波束赋形矢量。仿真结果表明,所提方案相比传统方案性能更优,实现了系统和速率的有效提高。     

高效节能的无人机多用户携能传输优化研究

无人机携能传输技术可用于提高物联网能效,为能量受限的物联网地面设备补充能量,以支持其完成不中断信息接收任务。面对无人机携能有限的现实条件和其能耗效率提升的需求,本文针对高效节能的无人机-地面通信优化问题进行了研究,综合考虑无人机飞行耗能和地面设备能源需求,对无人机发射功率和功率分割比进行联合优化,并对无人机轨迹和地面设备唤醒时间分配进行设计。研究的节能最大化问题是一个非凸的、分式和混合整数规划问题。针对此问题,本文提出一种基于连续凸逼近（Successive convex approximation,SCA）和经典Dinkelbach方法的交替迭代优化算法。最后仿真结果验证了该算法的有效性和优越性。     

认知传感网络的信能无线传输优化

针对目前无线传感网络频谱资源匮乏、能源供给不足等问题,本文构建了一种新型的认知多播无线传感网络,并研究适用于该网络的信能协同传输问题。以网络中所有次级用户收集到的和能量为优化目标,结合多播技术,在次用户对主用户的干扰、次用户的信干噪比、次级发射器的发射功率的约束下,构建了一种非线性非凸优化问题。针对该优化问题,提出一种基于半正定松弛的算法,从而延长网络的生存周期;并在此基础上提出一种基于序贯参数凸逼近技术的优化算法以降低复杂度。仿真结果表明,本文所提的算法有效提高了次用户能量收集的性能。     

多用户场景下SWIPT-NOMA网络中的保密能量效率优化

在采用非正交多址接入技术的无线携能通信网络中,窃听者的存在和不同用户配对方式将影响网络的保密能量效率.为寻求保密能量效率最大化支配下的网络资源配置方案,提出了一种改进的群智能搜索算法用于解决此非凸优化问题.改进的群智能搜索算法采用共生生物搜索技术,增强了对可行域的局部搜索能力.仿真结果表明,不同的用户配对方式在单时隙或多时隙场景下具有相异特征,改进后的群智能搜索算法比其他基线算法具有更佳的网络性能,为多输入多输出非正交多址接入无线携能通信网络中通信安全及能量效率的研究提供了依据.     

面向无线传感器网络的无线携能通信研究

能量受限是无线传感器网络应用的瓶颈问题,为了使无线传感器网络获得稳定持续的能量来源,提出将无线携能通信（ SWIPT）技术应用到无线传感器网络中。基于时分多址（ TDMA）的通信方式建立了适应于无线传感器网络的无线携能通信系统新优化模型。通过凸优化问题的求解得到该优化模型的最优分配策略。利用仿真实验对无线携能通信在无线传感器网络中应用的可行性进行了分析,对方法的有效性进行了验证。     

一种基于NOMA的多播无线隐蔽信道

随着移动互联网技术的飞速发展,大量的无线通信场景已经成为无线隐蔽信道的重要载体.当无线隐蔽信道需要在有限的时频资源与多个接收方实现通信时,多播无线隐蔽信道较现有的单播方法具有明显优势.提出一种基于非正交多址接入技术(NOMA)的多播无线隐蔽信道.信道中,发送方将多方秘密信息调制成人工噪声并叠加在正常信号上传输.各接收方...     

基于多IRS辅助的MU-MISO系统安全通信方案

在无线通信系统中,智能反射面（intelligent reflecting surface,IRS）可以调控反射单元的相移来反射信号,用于增强用户信号并抑制窃听者信号,解决基站和用户之间的安全通信问题。针对该问题,以系统加权和保密速率最大化为目标提出一种多IRS辅助多用户多输入单输出（multi user-multiple input single output,MU-MISO）系统的安全通信方案。该方案首先将最大化加权和保密速率问题分解为发射波束形成和人工噪声向量优化、多IRS相位矩阵优化的两个子问题;其次,采用半定松弛、引用文献定理、辅助变量替换、一阶泰勒近似等方法,将每个子问题转换为简单凸问题进行求解;最后,基于交替优化算法依次求解两个凸优化子问题。数值仿真结果表明,与另外三个方案相比,所提方案可以有效增强系统的安全通信性能,并表明了多IRS部署比单个IRS可以实现更好的系统安全性。     

基于NOMA的认知无线电车联网安全能效最优波束成形设计

非正交多址接入[1](NOMA)作为5G无线接入技术的重要准则之一,伴随着5G的高速发展,受到学术界和工业界的广泛关注,NOMA技术的核心是实现每个正交的资源块为多个用户提供服务,从而整体提高系统吞吐量。认知无线电（CR）技术的核心是感知周围空闲频谱资源并对其进行有效利用,从而提升频谱资源的利用率。因此,近年来已有学者将CR和NOMA联合研究,即CR-NOMA。以5G的重要实用场景车联网为背景,研究了基于NOMA的认知无线电车联网安全能效最优波束成形设计问题,并通过仿真实验对所提安全能效最大化传输方案进行了验证。     

Cognitive radio inspired NOMA with SWIPT for green multicasting in next generation wireless networks

This paper investigates an application of simultaneous wireless information and power transfer (SWIPT) in a cognitive radio (CR) inspired non-orthogonal multiple access (NOMA) framework with an aim to support simultaneous multicast services of delay sensitive traffic to a high priority multicast group and a low priority multicast group, modeled as primary user (PU) and secondary user (SU) respectively. A cooperative NOMA protocol is proposed where the nodes in the SU multicast group (SU-MG), located in between a common base station (BS) and the PU multicast group (PU-MG), act as relays. As an incentive, a provision is made such that the BS could support exclusive downlink transmission to the SU-MG. In view of the challenge of supporting sustainable network operation with their limited battery power, the SU relays are equipped with requisite harvesting hardware to harvest energy from the NOMA signal transmitted by the BS, using the principle of SWIPT. Closed form expressions of outage probabilities of PU-MG and SU-MG and their approximations under high SNR regime are derived to characterize the performance of the proposed protocol. Furthermore, allocation of exclusive time interval to SU-MG and power sharing of NOMA signal are optimized jointly with an aim to minimize the outage probability of SU-MG under the outage constraint of PU-MG. Simulation results are presented to validate the accuracy of the analytical expressions. Results highlight that proposed scheme performs much better in terms of energy efficiency of PU-MG as compared to that of traditional orthogonal multiple access and non-cooperative NOMA, both without SWIPT.     

Efficient User Pairing for Performance Enhancement of Downlink NOMA Systems

In this paper, the resource allocation problem for user pairing (UP) in downlink non-orthogonal multiple access (NOMA) systems is investigated. NOMA allows the use of one subcarrier for more than one user at the same time, thus increases the total capacity of the wireless communication system. However, users pairing is a challenging task in the NOMA systems, because a good channel quality subcarrier should be selected and allocated for the user to enhance the performance of NOMA systems. The proposed UP algorithm aims to enhance the sum rate of the paired users per subcarrier and consequently enhance the total sum rate of downlink NOMA systems. Moreover, the proposed UP algorithm target to improve the fairness of the users. The proposed UP algorithm is based on a simple search for the subcarrier with the minimum average channel gains to be assigned its paired users and then excluding it from the next searching process. The proposed scheme ensures the higher channel gain for users by giving the priority to the subcarrier with the minimum average channel gains during the user pairing process. The simulation results demonstrate that the proposed UP algorithm can not only enhance the total sum rate compared with the random UP and conventional UP but also can enhance the fairness of the users. Moreover, it is clearly seen that the proposed UP algorithm provides the lowest outage probability.     

一种基于混合NOMA的IRS-MEC系统能量效率优化方案

在移动边缘计算系统（MEC）中结合智能反射面（IRS）和资源分配策略以提高系统能量效率是当前国内外研究的热点。基于混合非正交多址（NOMA）传输模式,通过对用户的本地运算频率、传输功率、传输时间和智能反射面离散相移的联合优化,实现智能反射面辅助的移动边缘计算系统能量效率最大化。由于优化过程涉及难以求解的非凸分式规划问题,提出了Dinkelbach-SCA的两步迭代算法：首先利用Dinkelbach方法将初始问题转换成易于求解的形式,通过分离变量对智能反射面离散相移进行优化;其次为了解耦传输功率与时间之间的耦合关系,引入辅助变量,并结合逐次凸逼近（SCA）方法将非凸问题转换成凸问题,求出优化解。仿真结果表明采用的系统方案的能量效率优于其他对比方案,并发现系统的能量效率随用户2的最小计算数据量减少而提升。     

具有SWIPT和自能量回收的非分时全双工中继系统

应用无线携能通信(simultaneous wireless information and power transfer, SWIPT)技术实现基于无线射频信号的信息与能量传输,提出在基于无线射频网络中采用SWIPT技术的具有自能量回收的非分时全双工中继系统.该系统利用网络中多个可供电无线设备作为能量接入点(energy access point, EAP),能量受限的中继采用功率分配方案,实现信息传输、能量捕获和协作传输在1个时间块中同步进行.以最大化系统吞吐量作为优化目标,采用二次优化、半定松弛和变量消减等方法将原多变量非凸问题转换为半定规划问题,运用拉格朗日方法进行问题求解,通过联合优化中继发射功率、中继发射波束成形向量和功率分配比率,提高系统的性能增益.实验结果表明了所提出系统的吞吐量在解码转发(decode-and-forward, DF)协议下优于在放大转发(amplify-and-forward, AF)协议下;在中继从源节点捕获的能量有限时,通过增加EAP的数量来提高系统捕获的能量能有效提高系统运行速率;验证了与HD-SWIPT(half-duplex with SWIPT)和FD-no-SWIPT(full-duplex without SWIPT)中继系统相比,所提出的系统在提高系统性能方面具有更好的增益.     

基于NOMA的车联网系统架构的探索与设计

5G(Fifth Generation Mobile Communication Network)时代的到来加快了各行业的发展和改革。将5G与物联网、车联网、工业互联网等产业相结合成为了必然的趋势。首先结合车联网介绍了5G的核心技术NOMA(Non-Orthogonal Multiple Access),并将其与传统的OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)进行了比较。随后探讨了基于5G的车联网架构。最后对5G车联网进行了展望。     

下行NOMA系统中一种考虑用户QoS的功率分配方案

为了提高未来网络的系统吞吐量和频谱效率,非正交多址接入技术(non-orthogonal multiple access,NOMA)的功率分配问题成为了近年来移动通信领域研究重点。在保证用户服务质量的前提下,针对下行NOMA系统的功率分配问题进行了研究,在子带间采用迭代注水算法,小范围注水分配各子带的功率,在子带内考虑用户服务质量,利用卡罗需—库恩—塔克(Karush-Kuhn-Tucker,KKT)条件求出最优功率分配因子,以此最大化系统总吞吐量。仿真证明,提出的功率分配方案能达到的系统总吞吐量、频谱效率优于传统的功率分配方案,其系统总吞吐量比正交多址接入技术(orthogonal multiple access,OMA)提升了约40%以上。     

CORBA技术在SCA系统中的应用

无线通讯技术不断发展,采用软件来实现通讯功能是必然的趋势,而软件定义无线电(SDR)技术将会成为通讯领域中的一个新热点.研究了软件定义无线电SDR技术及其相关体系结构规范SCA,探讨了CORBA技术在SCA系统中的应用及开发过程,总结出实现软件定义无线电系统所需的相关技术,并在此基础上予以软件无线电系统的设计和实现.     

基于NOMA系统的用户分组和功率分配策略

针对非正交多址接入（NOMA）系统的最优用户分组和功率分配方案的高复杂度问题,提出一种改进的用户分组和功率分配策略。首先,对用户进行分组,由信道增益值确定每个子信道的第一个用户,再由贪婪匹配方法分配剩余用户;然后,对用户的功率进行分配,将该功率分配问题分成子信道间和子信道内两部分,对于子信道间采用线性注水算法分配功率,对于子信道内则采用所提的迭代功率分配算法分配功率;最后,构造拉格朗日函数以实现在最大发射功率以及保证每个用户最低数据速率的约束下系统吞吐量的最大化。仿真结果表明,在多用户的情况下,与线性注水的分数阶功率分配（LWF-FTPA）算法和等分数阶功率分配（EQ-FTPA）算法相比,系统吞吐量分别提高了8%和20%,所提策略优于传统算法。