一种全双工物理层安全通信波束成形的低功耗方法

在保证物理层安全的前提下,为解决传统迫零成形算法在全双工通信功耗过高的问题,提出了一种适用于全双工通信的信息波束和噪声波束联合成形的低功耗方法。首先,在高斯信道模型下对全双工基站的传输信号进行信息波束成形,实现基站与接收端的信息传输;然后,在全双工基站发射天线中添加人工噪声,并将噪声波束成形保证全双工基站的接收信息和发送信息不被偷听者窃听;最后,经过凸优化求解,将NP难的信息和噪声波束联合成形问题转化为可高效求解的凸优化问题,最终得到最优的信息和噪声波束成形向量。仿真结果表明,在上下行安全速率均为3b/(s·Hz)时,该方法可以有效降低全双工基站的功耗,与经典的迫零波束成形算法相比,均值功耗降低约18%。     

移动场景下基于深度学习的图像辅助毫米波波束预测方案

针对移动环境下毫米波大规模MIMO通信系统下行链路的快速波束预测问题,提出了一种基于深度学习的图像辅助波束预测方案.该方案将基站采集的RGB图像上传至MEC服务器,通过Faster RCNN目标检测模型与DNN神经网络结合,预测通信环境中用户图像与毫米波下行链路波束向量的高维非线性关系.仿真结果表明：该方案预测下行链路波束向量的可达速率接近理论最优,在模型复杂度和高天线数低信噪比情况下的性能等方面均优于基线算法.     

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.     

基于智能反射表面的中继协作安全通信技术

在传统中继协作的通信过程中,中继节点在对信号处理时,会放大中继节点自身的干扰信号。此外,现实通信场景中往往存在窃听节点窃取重要信息。智能反射表面具备无源反射特性,能对信号的相位进行调整,以及在处理信号时能减少干扰信号的产生。针对中继节点增大干扰信号和安全传输问题,提出了基于智能反射表面的中继协作安全传输技术。考虑通信场景中存在恶意窃听节点,且窃听链路与合法链路的相关性较高的情况下,通过部署智能反射表面将基站发送的信号反射给合法用户,提高系统的安全通信质量。为了解决保密速率表达式的非凸性,采用交替优化、黎曼共轭梯度下降的算法对波束形成向量及反射相位进行交替优化。最后,通过仿真结果验证在3 GHz高频段载波下,基于智能反射表面协作通信技术在数据传输、能效、安全方面的作用优于传统中继协作通信方法。     

多用户全双工无线携能系统中的波束赋形研究

针对多用户全双工蜂窝通信系统,提出了一种基于功耗最小及能量收获最大双目标准则的联合优化方案。该方案采用迫零消除上行链路中多用户干扰,在下行链路,为了实现信息和能量的有效传递,全双工基站分别采用信息波束赋形及能量波束赋形为用户提供通信服务,在保证用户的服务质量及功率约束的同时,实现了功率效率和频谱效率的同步改善。由于功率问题为非凸问题,通过半定松弛将其转化为凸优化问题。仿真结果表明,所提方案相比传统方案能够节约大量的功率,此外全双工基站通过能量波束赋形向下行用户传递能量,有效提高了系统的功率效率。     

混合有-无源智能反射面辅助大规模MIMO安全传输

针对存在恶意窃听者的大规模MIMO网络安全传输问题,提出了一种混合有-无源智能反射面辅助的下行安全传输方法。受基站总发射功率、混合有-无源智能反射面功率和反射相位模量约束,讨论了最大化系统总保密速率的优化问题,该问题为多变量耦合的非凸优化。提出了基于逐次凸近似的主动波束成形和反射相位优化算法,首先利用交替优化算法将原始问题转变为两个单变量的子问题,然后采用逐次凸逼近或半定松弛算法分别求解每个子问题的最优主动波束成形和反射相位。仿真结果表明,相比传统的被动智能反射面辅助安全传输方案,提出的方案能够有效利用混合有-无源智能反射面高增益的技术优势,进一步提高级联链路的信道增益,获得更高的保密速率。     

全双工蜂窝网络中用户协作D2D通信的性能分析与优化

提出一种蜂窝网络中全双工蜂窝用户协作D2D(device to device)通信机制,全双工蜂窝用户采用功率域叠加支持上行传输和D2D通信并发,为无直传链路的D2D用户对协作中继;分析了系统的可达速率域,提出了一种基于最大-最小可达速率的功率分配算法。仿真分析表明,随着自干扰消除性能的提升,系统的可达速率域扩大,全双工协作D2D通信的可达速率域显著大于半双工协作D2D通信,且蜂窝上行链路和协作D2D链路间存在可达速率折中;功率分配算法能根据信道状态动态调整蜂窝用户的发射 率和功率分配因子,功率效率高,且随着最大发射功率的增加,蜂窝上行链路和协作D2D链路的可达速率趋同,能满足最大-最小准则,兼顾蜂窝上行链路和协作D2D链路间的公平性。     

基于波束成形的MIMO-OFDM插值算法

针对MIMO-OFDM系统中波束成形线性球状插值算法复杂度过大并且只适用于非量化波束成形的情形,提出了一种通用的插值算法.该算法通过在导频子载波上反馈波束成形向量,同时利用信道频域相关性,内插重构非导频子载波上的波束成形向量,极大地降低了每个子载波在波束成形时的反馈开销.同时,考虑到实际系统的可实现性,在通用插值算法基...     

反馈受限的多用户MIMO下行链路预编码算法研究

在上行链路反馈受限的MIMO信道系统中,通过最大化反馈的信道质量信息可以获得相关门限阈值。现有研究在提高用户和速率方面已达到较好效果,但同时也提高了算法复杂度。为了在不损失多用户分集增益的前提下降低反馈开销,提出一种基于门限的次优下行链路预编码方案。在反馈信道方向信息(CDI)和信道质量信息(CQI)的基础上,应用迫零波束成形(ZFBF)算法进行预编码。实验结果表明,该算法在保证较高和速率的同时有效降低了计算复杂度。     

反馈受限的多用户多输入多输出下行链路预编码算法研究

在上行链路反馈受限的MIMO信道系统中,通过最大化反馈的信道质量信息可以获得相关门限阈值。现有研究在提高用户和速率方面已达到较好效果,但同时也提高了算法复杂度。为了在不损失多用户分集增益的前提下降低反馈开销,提出一种基于门限的次优下行链路预编码方案,在反馈信道方向信息(CDI)和信道质量信息(CQI)的基础上,应用迫零波束成形(ZFBF)算法进行预编码。实验结果表明,该算法在保证较高和速率的同时有效降低了计算复杂度。     

带有下行SWIPT的强干扰WPCN中用户最小速率最大化研究

现有的无线供电通信网络(Wireless powered communication networks,WPCN)只考虑在下行链路中进行能量传输,没有考虑信息传输的需求。实际上,在很多应用场景中需要考虑利用下行链路传输信息。如何制定发送策略来权衡各用户上行传输速率的公平性与最大化是WPCN中的研究热点。本文提出一种新的在强干扰蜂窝小区中进行能量与信息传输的设计方案,将下行无线信息与能量的同时传输(Simultaneous wireless information and power transfer,SWIPT)与无线供电通信网络相结合,实现基站与用户之间的下行能量传输与上下行双向信息传输。该方案通过上行功率分配、下行时间分配与波束成形以实现上下行最小传输速率的最大化,从而实现各用户上下行信息传输的性能与公平性的平衡。仿真结果表明,与传统的传输方式相比,本方案显著提高用户的最小传输速率。     

A novel zero-payload downlink CSI feedback scheme for closed-loop beamforming system

A novel downlink channel state information(CSI)feedback scheme is proposed for the closed-loopbeamforming system.In the proposed scheme,mobile terminal(MT)superposes the uplink pilot on thereceived downlink pilot,forms the hybrid pilot(HP),and then transmits the HP to base station(BS)viathe uplink pilot channel.Because downlink CSI can be recovered from HP at BS side without consumingextra uplink bandwidth,the proposed scheme can achieve zero-payload CSI feedback,effectively solvingthe traditional bottl...     

全双工非正交多址接入系统的功率控制

研究了采用全双工基站同时为多个半双工下行用户和上行用户提供服务的单载波非正交多址(single-carrier non-orthogonal multiple access, SC-NOMA)系统的资源分配算法设计。考虑了基于能效的单载波NOMA系统上行链路和下行链路的资源分配问题,在保证用户服务质量和功率约束的同时最大化全双工单载波非正交多址接入(Full-duplex single-carrier orthogonal multiple access, FD SC-NOMA)系统的能效。由于目标函数是非凸问题,将原问题转换成非线性分式规划问题,通过采用拉格朗日乘子法得到最优传输功率的闭式解,利用次梯度算法求得最优传输功率。仿真结果表明,与传统的半双工单载波非正交多址接入(half-duplex single-carrier orthogonal multiple access, HD SC-OMA)系统相比,FD SC-NOMA系统能够实现更优的能效。     

广义特征值盲波束形成的低复杂度自适应算法

提出了一种线性低复杂度盲自适应Lagrange乘子波束形成算法．基于最大信干燥比准则(MSINR)的特征值波束形成将导致广义特征值(GE)问题,新算法通过把GE问题表示成期望信号和干扰噪声信号协方差矩阵特征值的函数,用线性迭代的方法搜索最大GE,并利用最陡下降法更新权向量;提出方法被用于W—CDMA智能天线基站上行信号接收．数值仿真结果表明,与其他算法相比,在未牺牲系统BER性能的同时,提出算法具有更快的收敛速度和更低的计算复杂度;算法总的计算复杂度约为O(7N)(N为天线元数目)．     

OFDM蜂窝移动通信中一种自适应干扰抑制算法

针对基于正交频分复用(OFDM)的未来移动通信系统中的蜂窝覆盖所面临的下行小区间干扰问题,提出了一种基于子载波组的自适应干扰抑制算法.该算法根据干扰和信道情况,自适应调整子载波组空间波束方向、自适应选取传输性能较好的子载波组、自适应调整每个子载波组的调制阶数和扩频倍数,在满足数据传输误码率要求的同时,使数据传输速率最大.仿真结果显示:该算法很好地抑制了相邻小区的干扰,并自适应多径衰落信道(IMT2000步行A信道)的变化;当接收点空间信干比在-3dB以上变化时,该算法在保证误码率要求的同时,使数据传输速率最大.     

一种改进的FDD大规模MIMO CSI反馈方法

大规模MIMO技术因具有高数据率、频带利用率和能量效率等优点被认为是第5代移动通信系统的核心技术之一.在频分双工(FDD)模式下,由于上、下行信道不具有互易性,因此大规模MIMO系统基站如何获得准确的下行信道信息是一个具有挑战性的问题.本文对这一问题进行了研究,提出一种利用信道稀疏性和线性滤波的有效方法.仿真结果表明,与传统方法相比,本文所提方法可以极大提高系统性能.     

TD-SCDMA智能天线发信波束形成实现方案研究

证明了现有TD-SCDMA智能天线系统的发信部分只能用于基带波形的预均衡,根本不具备信号来波方向(DOA)检测、波束形成、空分多址这些智能天线系统应具备的基本功能,将形成一个上行容量大于下行容量的特殊系统,不能达到3G移动通信系统的基本要求.给出一种在TD-SCDMA系统中实现DOA检测,波束形成的基本方法,可以起到空分多址的作用.若使用该技术改造现有的TD-SCDMA系统,可以大幅度提高TD-SCDMA系统的性价比.