基于非正交多址接入协作传输策略的安全性能分析

为了提升非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)协作传输系统的安全性能,本文研究了一种基于NOMA双用户协作传输策略的窃听系统模型,并分别推导了此模型下的遍历安全速率和安全中断概率的闭式表达式。仿真结果表明,当存在强解码能力的窃听节点时,本文提出的协作联合接收策略与传统NOMA协作传输策略以及直连策略相比,遍历安全速率最大提升了0.281 bps·Hz-1和0.937 bps·Hz-1,安全中断概率最大降低了2.53dB和3.08dB。     

下行链路NOMA中继网络功率分配策略及性能分析

非正交多址接入(Non orthogonal Multiple Access,NOMA)技术可以在有限的信道资源内,容纳更多的用户,有效提升频谱效率.针对下行链路NOMA中继网络,推导得到系统中断概率以及遍历容量的闭合表达式.为了最小化系统中断概率,研究了功率分配问题,并分析功率分配因子以及用户的目标数据速率等网络参数对系统性能的影响.最后,蒙特卡洛仿真验证了理论结果的正确性.     

基于非理想硬件的星地融合NOMA网络性能

主要研究非理想硬件和部分中继选择策略对非正交多址接入(Non-orthogonal Multiple Access, NOMA)星地融合多中继网络的影响.NOMA技术可以增加频谱的利用效率,可以同时将信号传给多个用户.另外,部分中继选择策略的应用可以有效地降低系统的中断概率,提高系统的性能.特别地,得到了基于非理想硬件和部分中继选择策略下的星地融合NOMA多中继网络下的中断概率的闭式表达式,同时,为了进一步分析非理想硬件和部分中继选择策略对所考虑系统的影响,得到了中断概率在高信噪比下的渐进表达式,通过蒙特卡洛仿真可以验证所得公式的正确性.     

CR-NOMA双向中继自干扰能量回收传输方法

针对单向中继自干扰能量收集的认知无线电系统中,窃听用户的接入概率增加,从而影响次用户物理层安全性能的问题,在认知无线电非正交多址接入系统中通过双向中继辅助次用户传输,同时在中继能量捕获受限等约束条件下,最大化弱用户物理层安全速率.由于优化问题为复杂的非凸问题,因此根据半定松弛理论将其转化为凸问题,并通过迭代算法对信号协方差矩阵、中继发送和接收的功率分配因子进行联合优化,进而得到弱用户物理层安全速率的全局最优解.仿真结果表明:与单向中继自干扰能量收集相比,在保证中继节点收集能量和强用户安全传输条件下,弱用户物理层安全速率提高了15.4%.     

大规模MIMO-NOMA双向中继认知系统物理层安全研究

针对基于中继辅助传输的认知无线电-非正交多址(CR-NOMA)系统中，频谱利用率低及安全性较差的缺点，提出将大规模多输入多输出(MIMO)技术应用到基于双向中继的CR-NOMA网络中，使两组认知非正交多址(NOMA)用户在双向中继的协助下交换信息.在不完全信道状态信息的约束下，推导出受发射功率、信道估计误差和天线数量影响的安全中断概率的闭合表达式.仿真结果表明，随着中继天线数量的增加，安全中断概率收敛到特定数值，同时可得到复杂度较低且安全性能最优天线数量.     

多窃听下NOMA网络的保密性分析

非正交多址接入(NOMA)技术系统模型中窃听者的存在会导致传输质量下降甚至保密中断，这将严重威胁信息传输的安全，影响系统整体性能。研究了多窃听下一种协作NOMA技术支持解码转发(DF)中继网络的保密性，性能指标为保密率，并对遍历保密性能进行解析近似。提出了一种基于差分进化算法的功率分配方法，找出NOMA网络用户的最优功率分配因子。通过采用不同的干扰方案，如无干扰、干扰和有控制干扰，验证了NOMA网络用户的保密率。仿真结果表明，有控制干扰方案优于无干扰和干扰方案，在协作和非协作窃听条件下，所提的功率分配方法的性能优于固定功率分配方法。     

一种混合协作NOMA系统的缓冲辅助中继选择方案

为了提高系统的中断性能及分集增益,研究了一种混合协作非正交多址接入(non-orthogonal multiple access,NOMA)系统。系统包含一个基站、K-1个配有缓冲器的中继、一个配有缓冲器的近端用户和一个远端用户。其中,基站与近端用户可通过直传方式进行通信或由中继协作通信,而与远端用户通过近端用户或中继进行协作通信。针对该混合协作NOMA系统,提出了一种缓冲辅助中继选择方案,能够基于信道状态信息和缓冲器状态,选择近端用户或最佳中继进行协作传输。推导了系统中断概率和平均包裹时延的闭式表达式,给出了高信噪比下的分集增益。证明了当最大缓冲单元数不小于3时,所提方案能达到满分集增益2K。仿真结果表明,相对于基准方案,所提方案在系统中断概率与时延之间可以实现更好的折中。     

5G非正交多址系统中使用全双工基站干扰的安全传输方案

为了保证5G非正交多址(NOMA)系统中私密信息上行传输过程的信息安全,提出了一种基于全双工基站干扰的物理层安全传输方案。首先,分别使用二项式点过程和泊松点过程,对NOMA上行传输系统中用户设备和窃听者的空间位置分布进行刻画,建立NOMA上行传输系统模型;其次,为了使低硬件复杂度的用户设备付出较小的开销实现安全传输,全双工基站在接收信息的同时发送人工噪声干扰潜在窃听者;最后,基于全双工基站干扰方案,使用随机几何理论对系统的可靠性和安全性进行分析。理论和仿真结果表明:用户设备距离基站越近,全双工基站干扰方案对安全吞吐量的提升越明显;即使对于距基站最远的用户设备,在最优的噪声功率下,该方案仍可以使其安全吞吐量提高约41%。     

基于SWIPT NOMA的星地系统性能分析

为了提高星地系统的资源利用率和用户公平性,提出一种无线携能(simultaneous wireless information and power transfer,SWIPT) 非正交多址接入(non-orthogonal multiple access,NOMA)技术辅助星地系统的传输方案.首先,在非理想信道状态信息(channel state information,CSI)条件下研究了系统的中断性能,并推导了中断概率表达式.其次,通过分析渐近中断概率,发现由于存在非理想CSI导致中断概率在高信噪比区域出现了错误平层.此外,还研究了不同程度的信道估计误差和阴影衰落对系统吞吐量和能量效率的影响.最后,通过数值仿真结果验证了理论推导的正确性和SWIPT NOMA技术引入星地系统所获得的性能增益.     

有源RIS辅助的上行NOMA系统和速率最大化研究

可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface, RIS)和非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA)技术都是未来无线通信中有前景的技术。然而,由于基站(Base Station, BS)-RIS-用户之间的反射信道存在“双衰落”效应,会限制传统无源RIS辅助NOMA系统的性能增益。文中针对有源RIS辅助的上行NOMA系统和速率问题展开研究,其中有源RIS的反射单元(Reflecting Elements, REs)不仅可以调整入射信号的相位,也可以放大入射信号的幅度。针对所建立的非凸和速率最大化问题,利用Charnes-Cooper转换和半正定松弛(Semidefinite Relaxation, SDR)工具设计了一种高效的交替优化算法,对优化问题进行求解。仿真结果表明,与多种基准方案相比,文中提出的有源RIS辅助的NOMA系统传输方案可以有效地提高系统的和速率性能。     

认知解码转发中继网络的安全性能分析

在认知中继安全通信网络中,研究了自适应解码转发中继节点采用机会式传输策略的物理层安全性能。在满足主用户对干扰功率限制的条件下,推导了在瑞利信道下的安全中断概率的闭合表达式,并进一步推导了安全中断概率性能的渐近表达式,从而可以直观地对系统性能进行分析。仿真结果验证了理论分析的正确性,并揭示了在认知中继网络中各系统参数对机会式传输方案的安全性能的影响。结果表明,可以通过增大主用户的最大干扰功率容限和增加次级中继节点个数来提升系统安全性能。     

智能反射面辅助的下行NOMA系统和速率最大化研究

智能反射面(Intelligent Reflecting Surface,IRS)与非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)都是未来6G的使能技术,文中针对IRS辅助的NOMA系统下行传输方案展开研究.为了最大化系统的和速率,建立了一个关于译码顺序、功率分配和反射相位偏移...     

非正交多址接入下行协作网络的中断性能分析

针对非正交多址接入(non-orthogonal multiple access, NOMA)下行协作网络,首先研究不同链路采用不同衰落信道的固定增益放大转发(amplify-and-forward, AF)中继系统模型,同时考虑硬件损伤和信道估计对系统性能的影响;然后在接收端采用选择合并(selection combining, SC)算法处理接收到的信息,并给出不同用户信息的中断概率的确切和渐近闭式表达式;最后通过仿真验证了硬件损伤和信道估计误差对系统性能产生负面影响.     

混合决策下认知无人机网络中继选择算法

针对无人机辅助通信网络频谱效率亟待提高的问题,提出了认知无人机网络的混合决策中继选择算法,构建切换容忍和时延容忍的设计方案.通过时延信息确定候选中继簇,使其具备最佳通信条件的节点,完成数据传输,获得中断概率性能的提升,解决阴影区域链路切换可靠性过低的问题.仿真结果表明:与传统单参数决策方案相比,在不同接入策略下其中断概率分别下降30％和33％.     

基于NOMA系统的上行链路功率分配

为解决用户速率化前提下的能效优化问题,针对非正交多址接入(NOMA)系统上行链路,提出了基于Dinkelbach算法的最佳功率分配方案.仿真结果显示:当给定用户发射功率最大限值为15 dBm时,系统的能效提升了38 bit·J~(-1)·Hz~(-1).     

一种新型的多址接入中继协作方案

现有多址中继协作方案的编码增益有限且用户之间不能相互辅助,为此,文中提出了一种结合网络与信道编码的多址中继协作方案:在中继端利用网络编码将不同用户的编码冗余同时转发,目的端通过对某个用户信息的正确译码恢复出其他用户的编码冗余.通过对译码错误事件概率的分析,推导了该方案的中断率与误码率近似值表达式.仿真结果表明,随着信噪比的提升,文中方案可获得比编码协作更好的中断率和误码率性能,同时信噪比较高的用户还可辅助提升信噪比较低的用户的性能.     

基于人工噪声和SWIET的安全双向中继通信

针对基于解码转发的对称双向中继网络的安全传输问题,提出一种基于人工噪声干扰和信息、能量同时传输技术(SWIET)的物理层安全传输策略.系统采用两时隙传输方案,能量收集节点利用第一时隙收集的能量发射人工噪声干扰,而用户节点和中继分别通过功率分配技术将目的节点先验已知的人工噪声干扰添加到有用信息中,以降低窃听信道的传输质量.建立双向中继网络窃听信道下联合能量收集和无能量收集节点的两种数学模型,推导基于人工噪声干扰的系统保密容量的数学表达式,分别求解两种模型的最大化系统保密容量下最优功率分配因子,并分析了SWIET技术对系统保密容量的增益.仿真结果表明:对应于不同的窃听节点位置,所提出的联合SWIET技术的方案能使双向中继网络保密性能改善3%~90%,且能量收集节点越靠近窃听节点,系统性能越好.     

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。     

多无人机辅助的NOMA中继系统总通信速率优化

为解决无线通信中的频谱资源稀缺问题,提出一种多无人机(UAV)辅助的非正交多址(NOMA)接入中继系统．以优化系统总通信速率为目标,综合考虑信息因果约束、无人机发射功率约束与最大服务能力约束,构建了用户分组、无人机轨迹规划与功率分配的联合优化问题．为解决这一高度耦合的非线性混合整数规划问题,提出一种两步优化策略．基于图论提出最大权匹配下的用户分组算法,根据分组结果,通过引入Sigmoid函数和辅助变量法,将功率分配和轨迹规划问题分别转化为几何规划与凸规划问题求解．仿真结果表明：所提出的两步优化算法能够有效提升系统的总通信速率．     

采用混合多址技术的卫星系统反向链路遍历容量分析

近年来,点波束和非正交多址接入技术作为提升卫星系统资源利用率和传输速率的有效手段,受到了工业界和学术界的广泛关注。文中提出了一种联合时域-功率域的混合多址接入技术的多用户卫星通信系统传输方案,并对其反向链路的遍历容量进行了分析。首先,结合点波束技术将卫星覆盖范围内的多个用户分为若干个组,组内用户采用非正交多址技术,每个用户组采用时分多址技术,从而获得更高的频谱效率。其次,为了验证所提传输方案的性能,在卫星采用放大转发协议和卫星链路服从阴影莱斯分布的条件下,推导出卫星系统反向链路遍历容量的闭合表达式。最后,计算机仿真验证了理论分析的正确性,以及所提传输方案相较于现有调度方案在提升系统容量方面具有的优势,从而为实际的方案设计和工程应用提供参考。