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基于公平效用函数的多波束卫星通信下行链路波束成形算法

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电子与信息学报 2022年第9期44卷 3024-3032页

作者：孙士勇王薇顾晨伟赵柏林敏中国电子科技集团公司第五十四研究所石家庄050086 中国移动通信集团江苏有限公司无锡分公司无锡214125 南京邮电大学通信与信息工程学院南京210003

为了更好地平衡多波束卫星通信系统的频谱效率和能量效率,以及保证多用户服务场景下的用户服务公平性,该文提出一种基于公平效用函数的波束成形(BF)方案。具体而言,首先在同时考虑卫星发射功率最小化准则以及系统和速率最大化准则的前提... 详细信息

为了更好地平衡多波束卫星通信系统的频谱效率和能量效率,以及保证多用户服务场景下的用户服务公平性,该文提出一种基于公平效用函数的波束成形(BF)方案。具体而言,首先在同时考虑卫星发射功率最小化准则以及系统和速率最大化准则的前提下,建立一个多目标优化问题,并在最大化系统频谱效率的同时利用α公平效用函数提升用户间的服务公平性。然后利用加权和方法对复杂的多目标问题进行转换处理,并提出一种联合使用循环坐标上升(CCA)方法以及回溯直线搜索(BLS)方法的波束成形方案,从而求得最优的波束成形权矢量以及最优的帕累托解集。最后计算机仿真结果验证了所提方案的用户服务公平性,以及分析一些典型参数对公平性能的影响。并通过与其他传统方案相比,验证所提方案能够获得更高的系统频谱效率。

关键词：多波束卫星通信多目标优化 α公平效用函数波束成形

基于PSO算法的RIS-MIMO联合波束成形方案

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北京邮电大学学报 2022年第5期45卷 23-29页

作者：郑凤杨立北京邮电大学信息与通信工程学院北京100876

在可重构智能表面(RIS)辅助的多输入多输出(MIMO)系统中,为了最大化系统的频谱效率,波束成形需要联合考虑基站的主动波束成形和RIS的相移设计。对此,提出了一种基于改进粒子群(PSO)算法的波束成形方案。首先,利用交替优化思想,将联合波... 详细信息

在可重构智能表面(RIS)辅助的多输入多输出(MIMO)系统中,为了最大化系统的频谱效率,波束成形需要联合考虑基站的主动波束成形和RIS的相移设计。对此,提出了一种基于改进粒子群(PSO)算法的波束成形方案。首先,利用交替优化思想,将联合波束成形问题分解为基站处的有源波束成形和RIS处的相移设计。然后,利用注水功率分配和改进的PSO算法分别对这两个问题进行交替优化求解。最后,将所提方案推广到实用相移模型的RIS中。实验结果表明,所提方案可以有效地解决此波束成形问题,并能大幅提升系统的频谱效率。

关键词：波束成形群智能算法可重构智能表面粒子群算法多输入多输出

分布式IRS辅助毫米波MU-MISO系统联合波束成形设计

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通信学报 2022年第4期43卷 216-226页

作者：李中捷熊吉源高伟韦金迎中南民族大学电子信息工程学院湖北武汉430074

为解决非视距场景下毫米波多用户多输入单输出(MU-MISO)系统下行链路的可靠性通信问题,提出一种分布式智能反射表面(IRS)辅助多用户通信的联合波束成形设计方案。考虑功率和恒模约束,以用户加权和速率最大为目标,将基站有源波束成形和多... 详细信息

为解决非视距场景下毫米波多用户多输入单输出(MU-MISO)系统下行链路的可靠性通信问题,提出一种分布式智能反射表面(IRS)辅助多用户通信的联合波束成形设计方案。考虑功率和恒模约束,以用户加权和速率最大为目标,将基站有源波束成形和多个IRS无源波束成形联合建模为非凸优化问题。利用闭式分式规划技术解耦该联合优化问题为易于求解的等价问题。根据近似线性规则和分布式连续凸近似规则,采用非凸块坐标下降算法分别交替优化有源波束成形和无源波束成形矩阵,并给出了所提算法的收敛性证明和复杂度分析。仿真结果表明,所提算法可以快速收敛,并且与2种基线算法相比,在降低复杂度的情况下能有效地提高系统传输速率。

关键词：智能反射表面毫米波通信波束成形交替优化

基于MUSIC及波束成形算法的非线性Lamb波微裂纹成像与评估

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振动与冲击 2022年第22期41卷 91-98页

作者：张凡徐旭李义丰南京工业大学计算机科学与技术学院南京211899

针对板状结构的微裂纹成像和评估问题,使用有限元分析方法在三维铝板中建立了埋藏型微裂纹,并采用对称激励的方式,在板中激励出S模态的Lamb波。利用多信号输入分类(multiple signal classification, MUSIC)算法,对传感器阵列捕捉到的信... 详细信息

针对板状结构的微裂纹成像和评估问题,使用有限元分析方法在三维铝板中建立了埋藏型微裂纹,并采用对称激励的方式,在板中激励出S模态的Lamb波。利用多信号输入分类(multiple signal classification, MUSIC)算法,对传感器阵列捕捉到的信号进行处理,测算板中位于远场的微裂纹方向角。而后通过设置多组传感器阵列进行交叉定位,从而实现对板状结构中可能存在的微裂纹的大范围、高精度定位成像。以此为基础,对阵列信号进行波束成形算法处理,实现对信号的空间滤波,以减少其他方向的杂波对阵列信号的干扰;通过对处理后的阵列信号进行分析,计算其非线性参数,实现对裂纹损伤几何信息的评估。研究结果表明,该研究所构建的微裂纹定位成像算法在较高的环境噪声干扰下仍具备较好的损伤成像能力,且计算出的非线性参数与微裂纹厚度和宽度密切相关,可以有效评估微裂纹程度。

关键词：非线性Lamb波多信号输入分类(MUSIC)算法波束成形损伤定位损伤评估

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采用DDPG的联合波束成形和功率控制算法

西安电子科技大学学报 2022年第4期49卷 39-48页

作者：李中捷高伟熊吉源李江虹中南民族大学电子信息工程学院湖北武汉430074 中南民族大学智能无线通信湖北重点实验室湖北武汉430074

针对现有波束成形算法性能,大程度依赖信道状态信息质量而不适用于快速变化的实际系统和忽略功率控制问题,导致用户间干扰严重,从而降低通信链路频谱效率的问题,提出了基于深度强化学习的联合波束成形和功率控制算法,在无须完整信道状... 详细信息

针对现有波束成形算法性能,大程度依赖信道状态信息质量而不适用于快速变化的实际系统和忽略功率控制问题,导致用户间干扰严重,从而降低通信链路频谱效率的问题,提出了基于深度强化学习的联合波束成形和功率控制算法,在无须完整信道状态信息的情况下对波束成形矩阵和功率控制问题进行联合求解。同时提出信息交互协议利于基站了解环境信息,并设计集中式训练分布式执行结构的双模型系统对联合优化问题进行求解。首先基站收集本地样本并上传至云端,云端接受基站上传的本地样本后,采用深度Q学习对波束成形进行设计;然后用深度确定性策略梯度算法取代深度Q学习求解功率控制问题,从而解决深度Q学习不适用于连续变量的问题。云端模型训练完成后,广播给所有基站进行分布式执行获取本地样本。仿真结果表明,在多用户通信环境中该算法的频谱效率优于传统波束成形算法和基于深度Q学习的联合波束成形和功率控制算法,从而验证了该算法的有效性。

关键词：深度强化学习深度确定性策略梯度波束成形功率控制

基于图神经网络的联合用户调度与波束成形优化算法

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通信学报 2022年第7期43卷 73-84页

作者：何世文袁军安振宇张敏黄永明张尧学中南大学计算机学院湖南长沙410083 东南大学移动通信国家重点实验室江苏南京210096 紫金山实验室江苏南京211111 湖南邮电职业技术学院信息通信学院湖南长沙410015 清华大学计算机科学与技术系北京100084

协作多点(CoMP)传输技术具有降低同频干扰和提高频谱效率的特点。对于CoMP,用户调度与波束成形是2个分别位于媒体访问接入层和物理层的基本研究问题。在考虑用户服务质量需求下,重点研究用户调度与波束成形的联合优化问题,并以网络吞吐... 详细信息

协作多点(CoMP)传输技术具有降低同频干扰和提高频谱效率的特点。对于CoMP,用户调度与波束成形是2个分别位于媒体访问接入层和物理层的基本研究问题。在考虑用户服务质量需求下,重点研究用户调度与波束成形的联合优化问题,并以网络吞吐量最大化为目标。为了克服传统优化算法计算开销大且未有效利用网络历史数据信息的问题,提出了一种基于图神经网络联合用户调度与功率分配模型,并结合波束向量的解析公式,以实现联合用户调度与波束成形优化。仿真分析表明,所提算法能够以较低的计算开销实现与传统优化算法相匹配,甚至更优的性能表现。

关键词：跨层优化图神经网络协作多点用户调度波束成形

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多播传输模式下的卫星通信安全波束成形算法

电子学报 2022年第1期50卷 98-105页

作者：林敏张健林志王子宁郭克锋欧阳键南京邮电大学通信与信息工程学院江苏南京210003 国防科技大学电子对抗学院安徽合肥230037 航天工程大学航天信息学院北京101407

与地面无线通信系统相比,卫星通信的广域覆盖特性使得信息安全传输问题成为该领域更具挑战性的研究课题.为了提升多播传输模式下卫星通信系统的物理层安全性能,本文针对不同信道状态信息(Channel State In⁃formation,CSI)研究了两种安... 详细信息

与地面无线通信系统相比,卫星通信的广域覆盖特性使得信息安全传输问题成为该领域更具挑战性的研究课题.为了提升多播传输模式下卫星通信系统的物理层安全性能,本文针对不同信道状态信息(Channel State In⁃formation,CSI)研究了两种安全波束成形(Beamforming,BF)算法.在合法用户和窃听者CSI均准确已知的条件下,提出了基于半正定规划(Semidefinite Program,SDP)和惩罚函数相结合的安全BF算法;在合法用户CSI准确已知但窃听者CSI存在误差的条件下,提出了一种迭代的鲁棒安全BF算法.最后,计算机仿真不仅验证了本文所提BF算法的正确性和有效性,而且展示了所提出的鲁棒算法能够有效地降低信道信息误差对系统安全性能的影响.

关键词：卫星通信物理层安全波束成形多播传输

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基于超声导波波束成形的缺陷反演方法研究

南京航空航天大学学报 2023年第3期55卷 497-506页

作者：武靖昌张应红钱智马智勇李鹏李翔宇钱征华南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室南京210016 海装驻南京地区第四军事代表室南京211100 西南交通大学应用力学与结构安全四川省重点实验室成都610031

利用超声导波对板结构中的缺陷进行反演可以确定缺陷的位置和形状信息,针对走时成像方法在低频范围内效果不佳的问题,提出一种基于波动场的超声导波缺陷反演成像方法。根据波动方程推导出波束成形成像原理,利用Born近似下的散射场数据... 详细信息

利用超声导波对板结构中的缺陷进行反演可以确定缺陷的位置和形状信息,针对走时成像方法在低频范围内效果不佳的问题,提出一种基于波动场的超声导波缺陷反演成像方法。根据波动方程推导出波束成形成像原理,利用Born近似下的散射场数据对成像区域像素点的值进行相干叠加,得到缺陷的位置和形状。再通过波束成形与傅里叶衍射定理在频域的映射关系,将波束成形的结果转化为衍射层析成像图像,得到了更为清晰的反演图像。针对衍射层析成像中存在伪影和噪声的问题,利用二维变分模态分解(Two-dimensional variational mode decomposition,2D-VMD)方法对图像进行降噪处理,有效去除了伪影和缺陷轮廓边缘的毛刺,进一步提高了成像分辨率。反演结果表明该方法可以较为准确地重构出铝板上减薄缺陷的位置、大小和形状,具有较高的分辨率。

关键词：固体力学超声导波缺陷反演波束成形衍射层析成像二维变分模态分解

云无线接入网络高能效功率分配和波束成形联合优化算法

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电子与信息学报 2018年第12期40卷 2979-2985页

作者：左加阔杨龙祥鲍楠卢官明南京邮电大学物联网学院南京210023 南京邮电大学通信与信息工程学院南京210023

针对云无线接入网络(C-RAN)的资源分配问题,该文采用max-min公平准则作为优化准则,以C-RAN用户的能量效率作为优化目标函数,在满足最大发射功率和最小传输速率约束条件下,通过最大化最差链路的能量效率来实现用户发射功率和无线远端射... 详细信息

针对云无线接入网络(C-RAN)的资源分配问题,该文采用max-min公平准则作为优化准则,以C-RAN用户的能量效率作为优化目标函数,在满足最大发射功率和最小传输速率约束条件下,通过最大化最差链路的能量效率来实现用户发射功率和无线远端射频单元(RRHs)波束成形向量的联合优化。上述优化问题属于非线性、分式规划问题,为了方便求解,首先将原优化问题转化为差分形式的优化问题,然后通过引入变量将差分形式的、非平滑优化问题转化为平滑优化问题。最终,提出一种双层迭代功率分配和波束成形算法。在仿真实验中,将该文算法与传统的非能效资源分配算法和能量效率最大化算法进行了比较,实验结果证明该文算法在改进C-RAN能量效率和提高资源分配公平性方面的有效性。

关键词：云无线接入网络能量效率功率分配波束成形