多无人机辅助移动用户通信的功率分配和航迹优化

针对多无人机辅助移动用户通信的下行无线传输系统,提出了一种用户吞吐量最大化的多无人机发送功率和飞行航迹分簇优化方法。考虑每架无人机服务的用户分簇、发送功率分配和飞行航迹规划,构建了一个多无人机辅助多用户通信的吞吐量最大化问题。通过引入辅助变量和分离耦合变量的方法,将非凸问题分解为两个近似凸优化问题;再基于贪婪算法的思想和连续凸逼近方法,对两个近似凸优化问题进行迭代交替优化,得到原非凸问题的一个近似次优解。仿真结果表明,所提优化方法能够有效提高用户数据吞吐量。     

对抗恶意无人机窃听的无人机通信系统三维航迹规划和功率控制

为应对恶意无人机窃听者对无人机通信系统带来的安全挑战,提出了一种基于物理层安全机制的无人机三维航迹规划和功率控制的协同优化方案。将航迹规划与功率控制建模为带约束的用户安全通信速率最大化问题,并将该问题分解为水平航迹规划、高度控制与功率控制三个子问题。采用连续凸逼近法将各个子问题转化为凸优化问题,通过迭代优化方式得到近似解。仿真结果表明,和二维航迹规划方案相比,该协同优化方案能有效提升用户安全通信的性能指标。     

基于智能反射面辅助的无人机中继系统安全通信方法

为了提高无人机中继系统的安全通信性能,解决无线信道受障碍物遮挡问题,该文提出一种基于智能反射面(IRS)辅助的无人机(UAV)中继系统安全通信方法。在所提方法中,通过联合优化UAV的位置、基站波束成形和IRS相移,最大化系统的最小保密速率。为了解决这个复杂的非凸优化问题,该文将原问题分解为UAV位置优化子问题、波束成形和IRS相移优化两个子问题。使用1阶泰勒展开处理优化问题中的非凸项,然后提出一种交替优化的算法进行求解。仿真结果表明该文提出的算法能提高系统的最小保密速率,并且具有良好的收敛性。     

无人机辅助反向散射通信计算任务卸载与资源分配

针对边缘计算网络中用户能量短缺问题，该文提出一种无人机(UAV)辅助的反向散射通信网络计算任务卸载和资源分配方案。首先，通过联合考虑飞行轨迹、用户的计算频率、任务卸载比例、无人机及用户的发射功率、反向散射时间分配以及主动通信时间分配，构建最小化无人机总能耗优化问题。其次，利用交替优化算法，将原非凸问题分解为两个子问题，并通过连续凸逼近方法将原问题转化为凸问题进行求解。仿真结果表明，所提算法使得无人机能耗显著减少，且具有良好的收敛性。     

多小区协作无人机通信感知一体化系统的资源分配

在通信感知一体化系统中,由于通信与感知两者的目的并不完全一致,这使得通信和感知之间的性能折中问题尤为关键。本文研究多小区协作联网无人机网络的通信感知一体化问题,其中基站作为通信感知收发器与无人机用户通信,同时估计感知目标的位置。基于此,联合优化多个基站协作发射功率控制以及无人机用户的轨迹来平衡感知和通信性能,在满足无人机用户的信干噪比需求和感知目标定位的克拉美罗下界需求基础上,最小化基站的能量消耗。该问题是一个非凸优化问题,通常难以直接进行求解。为解决该问题,本文提出基于交替优化的联合基站功率控制与无人机轨迹优化方案,分别利用半正定松弛技术和连续凸近似技术对基站功率控制和无人机轨迹进行优化设计。最后,实验仿真结果验证了所提联合优化方案的性能。     

自持续HIRS辅助的MU-MISO系统公平性研究

针对自持续智能反射面（Intelligent Reflecting Surface,IRS）存在牺牲系统性能和实施难度大等问题,提出了一种包含被动元件和主动元件的混合IRS(Hybrid IRS,HIRS)自持续辅助多用户多输入单输出（Multi-User Multiple Input Single Output, MU-MISO）系统的公平性传输方案。为了实现多用户通信的公平,联合考虑基站的主动波束成形和HIRS系数矩阵,建立了以最大化最小用户速率为目标的优化问题。然而,由于约束条件和目标问题中存在多变量耦合,导致优化问题是非凸的。因此,将原始问题分解为2个单变量的子问题,然后利用逐次凸近似和半正定松弛方法获得每个子问题的近似解,最后利用交替优化算法迭代求解每个子问题。仿真结果表明,所提优化方案可有效提高系统的最小速率。     

基于能量收集的UAV-D2D网络资源分配算法

为更好地利用周围环境中的射频信号能量,提升终端直连(D2D)通信的运行时间和无人机(UAV)通信的频谱利用率,该文提出一种基于能量收集的UAV-D2D网络资源分配算法.考虑UAV最大发射功率和移动性约束,蜂窝用户和D2D用户的最小速率约束,建立了系统和速率最大化的多变量耦合资源分配问题.利用连续凸近似和变量替换方法将混...     

全双工辅助的无人机上行通信抗窃听物理层安全技术研究

针对无人机上行通信链路的窃听攻击,提出一种全双工协同干扰的安全传输策略。方案利用收发双方在数据传输不同阶段的信息差异以及掌握的先验信息特征,向待传输信号注入人工噪声信号,从而使窃听链路形成干扰受限系统。在发射功率、无人机的机动性等约束条件下,建立最大化系统保密速率的联合优化问题,基于交替优化方法和连续凸近似技术将非凸问题转化为两个子问题,并设计了一种迭代优化算法进行求解。仿真结果表明,所提安全传输方案与其他参照方案相比,能够显著提高全双工无人机中继通信系统的保密速率,表现出更好的性能。     

基于无线供能反向散射通信系统安全性的稳健机会约束优化算法设计

针对无线供能反向散射通信系统中信道不确定性以及安全性问题,提出一种考虑系统安全性的稳健机会约束优化算法。首先,在考虑窃听数据传输速率约束、最小能量收集约束和设备反射率约束条件下,建立一个基于信道不确定性的最大化系统传输速率最小值的优化问题。为求解该问题,应用基于伯恩斯坦型不等式的安全近似方法,将原不确定性问题转换为确定性优化问题。然后,结合不等式的性质,引入相应的辅助变量,将确定性优化问题转换为凸优化问题,并利用标准的凸优化算法进行求解。最后,仿真结果表明了所提算法的有效性。     

UAV辅助NOMA-V2X通信网络性能的优化

在能量受限的无人机辅助NOMA-V2X(Non-Orthogonal Multiple Access Assisted Vehicle-to-Everything)网络中引入无线信息和能量同时传输技术，解决了无人机续航能力差的问题。以最大化系统的传输速率为优化目标，在联合优化过程中，采用逐次凸逼近（Successive Convex Approximation,SCA）方法，将非凸复杂优化问题分解为无人机位置、发射功率、基站对用户的功率分配3个子优化问题，找到了无人机轨迹、基站分配给车辆的发射功率和中继节点发射功率的最优值。最后通过仿真验证了所提方案的有效性。     

无人机中继通信的轨迹与资源分配优化方法

为提高地面用户的传输速率以及保证公平性，在基站覆盖不到的偏远地区可利用无人机进行辅助中继通信。首先将无人机的轨迹控制与频谱资源分配建模成一个混合整数非线性规划问题；然后基于块坐标下降法，将联合优化问题解耦成信道分配、发射功率和飞行轨迹三个子问题以降低复杂度；最后提出基于继承的子信道迭代分配算法求解信道分配子问题，采用凸优化和连续凸近似法分别求解功率优化及飞行轨迹优化子问题。仿真结果表明，所提算法在保证地面用户公平性的同时，具有比基准策略更高的最小平均速率。     

智能反射面辅助的无人机无线携能通信网络吞吐量最大化算法研究

为了解决城市场景中无人机(UAV)与地面终端设备(GUs)间易受到障碍物阻挡的问题,该文提出一种基于智能反射面(IRS)辅助的UAV供能通信网络吞吐量最大化算法。首先,在满足能量因果、IRS相移、UAV移动性等约束条件下,建立了一个联合IRS相移设计、GU无线资源分配、UAV飞行轨迹设计的多变量耦合优化模型。其次,通过快坐标下降法(BCD)将原非凸问题转换为3个易于处理的子问题,并通过三角不等式、引入松弛变量、连续凸近似(SCA)等方法,对子问题进行转化求解。仿真结果表明,该文所提算法具有较好的收敛性,同时可有效提高系统总吞吐量。     

基于IRS辅助的异构网络中超可靠低时延通信波束成形算法设计

为了增强微小区内超可靠低时延通信(URLLC)业务在异构网络场景下的传输性能,该文提出一种基于智能超表面(IRS)辅助通信网络下最大化用户和速率的波束成形算法。异构网络中微小区采用短包通信技术,在保证宏小区用户通信质量的前提下,使用IRS提高微小区用户在一定解码错误概率下的短数据包传输性能,建立一个联合优化波束向量和IRS相移向量的微小区用户和速率最大化问题模型。通过交替固定优化变量的方式,将该非凸优化问题拆分为两个子问题,利用逐次凸逼近(SCA)的方法将原问题转换成凸优化问题,并利用交替优化算法对该问题进行求解。仿真结果表明,该算法通过部署IRS可以有效减弱异构场景下对于微小区用户的干扰,同时由于IRS的部署能够有效优化波束成形向量进而提高微小区用户的短包传输性能,并且IRS的通信增强效果与微小区用户的解码错误概率以及IRS反射单元的数量有直接关系。     

智能反射面辅助的无线携能通信系统优化问题研究

本文针对智能反射面辅助的无线携能通信系统，提出了一种面向能量效率的信号传输方案，该方案在基站处发射信息与能量的混合信号，通过联合优化基站的信息信号波束、能量信号波束和智能反射面处的相移来实现系统能量效率的提升。由于优化问题非凸且三个优化变量相互耦合，难以直接获取最优解。因此本文采用交替优化将原问题转换为两个非凸子问题进行交替迭代求解，并借助Dinclebach与半正定松弛等方法将非凸子问题转化为凸问题解决，最终获得原问题的次优解。数值仿真结果表明，本文所提方案在能量效率方面优于现有方案。     

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。     

面向安全通信的智能反射面网络能效优化算法

为了提高智能反射面网络传输安全性和能效,提出了一种面向安全通信的智能反射面网络能效最大资源分配算法。针对多输入单输出的智能反射面辅助蜂窝通信系统,考虑用户的安全速率约束、基站的最大发射功率约束以及连续相移约束,建立了非线性、多变量耦合的能效最大化资源分配模型。利用Dinkelbach方法将目标函数转化为辅助变量相减的形式,采用交替迭代算法求解原变量耦合的非凸优化问题。仿真结果表明,所提算法与传统算法对比,能效提升了8.3%,中断概率下降了77%。     

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。     

加权能耗最小化的无人机辅助移动边缘计算资源分配策略

针对无人机(UAV)辅助的移动边缘计算(MEC)系统,考虑到无人机能耗与地面设备能耗不在一个数量级,该文提出通过给地面设备能耗增加一个权重因子以平衡无人机能耗与地面设备能耗。同时在满足地面设备的任务需求下,通过联合优化无人机轨迹、系统资源分配以最小化无人机和地面设备的加权能耗。该问题高度非凸,为此提出一个基于交替优化算法的两阶段资源分配策略解决该非凸问题。第1阶段在给定地面设备的卸载功率下,利用连续凸逼近(SCA)方法求解无人机轨迹规划、CPU频率资源分配及卸载时间分配;第2阶段求解地面设备的卸载功率分配。通过两阶段的交替和迭代优化找到原问题的次优解。仿真结果验证了所提算法在降低系统能耗方面的有效性。     

无人机交替中继通信及其轨迹优化和功率分配研究

为了提高无人机中继通信系统的频谱利用率,该文提出一种交替中继方法,通过两个无人机中继交替工作,轮流将信息从源端转发到目的端。研究联合优化无人机中继的飞行轨迹和各发射端的发射功率,协调两条中继链路的相互干扰,实现端到端的吞吐量最大化。涉及的优化问题受限于无人机的高度约束、机动约束、防碰撞约束以及各发射端的平均与峰值发射功率约束,是难以求得最优解的非凸优化问题。该文提出一种基于交替最大化和连续凸优化技术的高效迭代算法求解次优解,并用计算机仿真验证了所提算法的有效性。