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.     

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。     

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。     

基于NOMA的人工噪声物理层安全性能研究

添加人工噪声也是提升物理层安全性能的重要方式之一,能够有效抑制窃听行为,对于提升物理层的安全可靠性也有帮助。将非正交多址接入技术(NOMA)融入传统的人工噪声辅助方案中,在提升物理层安全性能的同时也可以节约频谱资源,考虑非信任中继节点的情况下,提出基于NOMA技术的人工噪声辅助方案,推导该方案的中断概率和遍历和速率,并给出了遍历和速率上界的表达式。仿真结果表明,NOMA方案相比传统的正交多址接入技术(OMA)中断概率更低,同时也提升了系统的遍历和速率,证明NOMA方案可以有效提升物理层的安全可靠性,也可以防止非信任中继节点对信息进行窃取。     

云接入网络中基于能效的资源分配算法设计

为了提升云接入网络中用户端能量效率,采用前程容量约束,提出了一种联合资源分配算法.在正交频分多址接入的基础上,单用户上行传输场景中采用分数规划转化非凸问题,并引入拉格朗日对偶方法设计迭代算法;多用户上行传输场景中采用改进粒子群算法解决更复杂的非凸问题,避免单用户方案直接沿用带来的低效.通过有效的算法设计,在用户发射功率与前程容量约束下,使用户上行传输功率与射频拉远端头前程容量得到联合优化,用户端能量效率实现最大化.实验结果表明,所提算法可以有效提升云接入网络中用户端能量效率,进而降低系统功耗,符合未来绿色通信的要求.     

多用户MIMO空分多址下行链路预编码算法研究

针对多输入多输出(MIMO)空分多址下行链路,每个接收天线看成独立的用户来分配波束,联合正交随机波束成形(ORBF)和迫零波束成形(ZFBF)实现了每用户配置多天线的预编码方法。为了降低计算复杂度,提出了联合线性结合技术的RBF-ZFBF的下行链路预编码方案。该方案利用ORBF确定初选用户,每个用户利用线性结合技术获得有效SINR,所选用户将使用线性结合方法获得的信道质量信息(CQI)和信道方向信息(CDI)反馈到基站,完成用户选择、波束选择和最终预编码。实验结果表明,该算法与每用户单天线方案相比,提高了系统吞吐量,证实了所提算法的有效性。     

Ka频段宽带IDMA卫星传输系统的性能分析

为了解决当前Ka频段宽带卫星接入体制难以克服的技术瓶颈,将交织区分多址接入(IDMA)技术引入宽带卫星通信系统,充分利用IDMA接入方式在低复杂度和高频谱效率等方面的优势,以期在资源受限的卫星系统中获得更高的用户容量和服务质量。结合Ka频段卫星信道特点建立了宽带IDMA卫星系统仿真模型,阐述了其系统容量计算方法及推导了相关的表达式。仿真和分析表明,与传统CDMA方式相比,宽带卫星IDMA传输机制以较低的星上处理复杂度获得通信性能和用户容量的大幅提高,为下一代多业务、高容量、高速率的宽带卫星通信系统提供了一种有价值的参考方案。     

一种基于IDMA的非正交多用户检测方法

为了提高系统容量、频谱效率和传输速率,针对第五代通信网络业界提出了功率域非正交多址接入PDNOMA方式,通过功率域叠加复用增加用户接入数量,并且通过串行干扰消除SIC来检测用户信号。SIC算法简单,但性能一般,随着叠加的用户个数的增加,系统的性能会大大下降。交织多址接入IDMA可以采用特定的交织器来分离各用户,并允许使用低复杂度迭代多用户检测技术。为了提高性能,结合基于IDMA的非正交多用户系统和PDNOMA在接收端提出一种迭代检测方法 ISICPIC。仿真表明ISICPIC适用于多用户同时传输的情况,系统性能较好且不会随着用户数的增加而下降。     

Ka频段宽带交织区多址接入卫星传输系统的性能分析

为了解决当前Ka频段宽带卫星接入体制难以克服的技术瓶颈,将交织区分多址接入(IDMA)技术引入宽带卫星通信系统,充分利用IDMA接入方式在低复杂度和高频谱效率等方面的优势,以期在资源受限的卫星系统中获得更高的用户容量和服务质量。结合Ka频段卫星信道特点建立了宽带IDMA卫星系统仿真模型,阐述了其系统容量计算方法及推导了相关的表达式。仿真和分析表明,与传统CDMA方式相比,宽带卫星IDMA传输机制以较低的星上处理复杂度获得通信性能和用户容量的大幅提高,为下一代多业务、高容量、高速率的宽带卫星通信系统提供了一种有价值的参考方案。     

基于中继卫星多址支持的卫星在轨健康管理模式

智能化卫星在健康管理方面提出了随遇接入中继卫星系统为其提供测控的要求,基于中继卫星S频段多址SMA全景波束支持,本文提出了一种中低轨卫星在轨健康管理的新概念和模式.新模式系统由中继卫星、用户终端和地面系统构成,分析给出了卫星在轨全时监视及随遇接入、卫星快速抢救、问题排查归零的健康管理工作流程,实现该模式运行的关键技术主要包括用户星在轨健康管理技术、基于中继卫星S频段多址的全景波束技术和空间网络接入技术。为后续中继卫星系统测控发展应用提供了一种新思路.      

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).     

基于SWIPT的双向中继CR-NOMA系统研究

针对现有研究中CR-NOMA(认知无线电非正交多址接入)系统均配置单向中继,频谱利用率和能源利用率低的缺点,提出在CR-NOMA系统中通过双向中继辅助用户传输,并且中继采用无线信息和能量同时传输的方式.推导出在用户服务质量和最小能量捕获等约束条件下的次用户传输能效,将目标函数转化为单目标问题分别求解;利用交替迭代算法,对中继发射功率和功率分配因子等单目标最优解进行联合优化,以最大化次用户系统传输能效.仿真结果表明:与传统单向中继系统相比,所提方案在提高频谱利用率的同时,次用户传输能效也提高了45%.     

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。     

基于NOMA的认知无线电网络功率分配

考虑采用非正交多址接入(NOMA)技术的认知无线电网络下行链路的功率分配问题,旨在最大化接入系统的次用户数,提升系统的频谱效率.在不影响主用户通信的情况下,对次用户进行合理的功率分配,使得系统接入的次用户数最大化.在系统可用功率未得到充分利用时,考虑在接入系统的次用户间对未利用的功率再次进行功率分配,提升系统的频谱效率.仿真结果显示:当次用户最小速率为2.5 bit·s~(-1),请求接入系统的次用户数为10时,频谱效率可提升13%.     

多小区终端直通异构网络中利用图论的资源分配方案

针对在终端直通(device-to-device,D2D)用户与蜂窝用户共存的上行多小区系统中存在严重的小区内以及小区间干扰问题,提出了一种基于干扰图和最佳二分图匹配的多小区资源分配方案,以获得网络容量提升。该方案根据上行链路的传输特性获得D2D用户与蜂窝用户之间带权值的无向干扰图,根据干扰图将互干扰较大的用户分到不同的用户簇中,不同的用户簇占用不同的子载波,并利用匈牙利算法对资源块进行分配。仿真结果表明,所提出的方案以较低复杂度接近遍历最优算法,并且与部分频率复用方案比较,所提方案的系统容量提升了19.78%。     

基于用户分组和频率复用的STBC-OFDMA上行传输技术

针对 WiMAX 系统中各用户端采用空时分组编码( STBC) 的正交频分多址(OFDMA) 上行链路, 提出一种基于用户分组( UG) 和频率复用( FR) 相结合的UGFR-STBC-OFDMA 上行传输技术。首先, 将基于波达方向( DOA) 的小区内用户分组模型与小区间频率复用思想相结合, 设计出一种可同时满足小区内分组约束条件和小区间频率复用规划的UGFR-STBC-OFDMA 上行接入方案; 其次, 设计了基于 Capon 波束形成技术的智能天线接收方案以实现基站对分组信号的方向性接收和对多址接入干扰(MAI) 的抑制。理论分析和仿真结果均表明:相对于几种传统的上行传输技术, UGFR-STBC-OFDMA 技术实现了理想平均频谱利用率、误比特率和计算复杂度的良好折中, 同时在无须功率控制条件下依然能够部分抑制上行传输时相邻小区间的干扰。     

无人机辅助的蜂窝数据流量卸载及保密传输方案

为解决传统蜂窝网络中边缘用户上行通信链路质量较差且容易遭到窃听的问题,提出了一种移动无人机辅助的流量卸载和保密传输方案。首先根据空地视距信道特性,建立了基于接收信号强度阈值的信道接入机制,解决了用户传输模式选择问题;其次,根据空地信道接入时延、无人机飞行高度和速度,确定了任意时刻无人机链路的覆盖范围;然后,利用随机几何理论,给出了平均可达速率解析式和安全容量评估方法;最后,通过仿真实验验证所提方案和理论结果的有效性,并给出关键参数的最优化配置方案。仿真结果表明,与传统蜂窝网络相比,所提出的基于移动无人机的组网方案能够在保证用户公平性的基础上,使网络上行通信速率提高约40%,安全容量提高约70%。     

基于SCMA中下行链路的比例因子功率分配方案

针对稀疏码多址接入(SCMA:Spare Code Multiple Access)下行链路系统中经典的资源分配、子载波平均功率分配、基于最大通信容量和最大系统能效功率分配方案中系统总能效和容量不兼顾问题,提出了一种下行链路中基于比例因子控制的混合SCMA功率分配方案。其将系统的容量和能耗都作为主要方向进行优化,通过插入比例因子使系统能灵活调整倾向性。由于该问题是一个非凸优化问题,首先通过丁克尔巴赫理论(GDA:Generalized Dinkelbach’s Algorithm)将其转化为一个凸优化问题,然后选取合理的拉格朗日值采用KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件对模型进行迭代求解,最后通过调节比例因子使系统的能效及容量达到最优。理论计算分析和仿真结果表明,所提出的混合规律分配方案能有效提升下行链路系统的容量和能效。     

一种基于多带OFDM-UWB的多址技术

选择适当的多址技术实现高客量、多用户无线接入,是UWB技术应用于无线短距离传输领域成功与否的关键技术之一。根据多带OFDM-UWB信号特点,提出了基于二级调制的OFDMA多址技术,其中第一级采用扩频技术,第二级采用跳频技术。通过多载波码分多址与跳频多址相结合,构成了一种新颖的多址接入技术——正交频分多址接入技术,实现了多载波码分多址技术和跳频多址技术的优势互补;利用基于余数域的两级跳频图样,减少了多用户间的干扰,提高了系统容量。仿真结果表明,基于这种多址技术的UWB通信系统在信噪比上优于常规系统5dB左右。     

GMR-1 卫星通信系统中基于判决的切换算法

在卫星移动通信系统中,卫星和用户都处于运动中,当用户穿越波束边界时需要进行切换.切换是卫星移动通信系统中重要的组成部分,切换算法的好坏直接影响移动通信质量.在无线资源受限的卫星移动通信系统中,不必要的切换会造成系统资源浪费.地面和卫星移动通信存在差异,地面移动通信系统中的越区切换算法在卫星移动通信网络中不再适用.针对现有波束切换算法在切换判决时没有考虑当前链路质量,提出一种基于判决的卫星波束切换算法.该算法根据当前链路质量动态地调整切换迟滞值参数的变化,并为不同速度的用户设置不同的切换触发时间.仿真结果表明,与现有的卫星点波束切换算法相比,所提算法能够合理地触发必须切换,避免不必要的切换,从而降低网络的乒乓切换和切换失败率.