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基于主被动波束成形联合优化的双RIS辅助抗干扰通信方法

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通信学报 2022年第7期43卷 21-30页

作者：郭海燕杨震邹玉龙吕斌冯蕴天赵玉娟南京邮电大学通信与信息工程学院江苏南京210003 电子信息系统复杂电磁环境效应国家重点实验室河南洛阳471003 江苏第二师范学院数学与信息技术学院江苏南京211200

针对双可重构智能表面(RIS)辅助的无线通信系统,提出了基于主被动波束成形联合优化的抗干扰通信方法。以接收信干噪比最大化为目标,构建主被动波束成形的联合优化问题。基于交替优化算法,将联合优化问题分解为3个子问题来迭代求解。通... 详细信息

针对双可重构智能表面(RIS)辅助的无线通信系统,提出了基于主被动波束成形联合优化的抗干扰通信方法。以接收信干噪比最大化为目标,构建主被动波束成形的联合优化问题。基于交替优化算法,将联合优化问题分解为3个子问题来迭代求解。通过半定松弛算法求解各RIS的近似最优被动反射向量;基于广义瑞利商求解基站的最优主动波束成形向量。仿真结果表明,所提方法优于传统的单RIS辅助抗干扰通信方法。

关键词：可重构智能表面抗干扰通信波束成形交替优化

基于IRS辅助的MIMO车联网系统联合波束成形设计

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通信学报 2023年第2期44卷 59-69页

作者：张雷王玉田建杰张琳章天骄江苏理工学院电气信息工程学院江苏常州213001 东南大学移动通信国家重点实验室江苏南京210096

针对MIMO车联网系统中V2I和V2V共享频谱的情形,提出了一种IRS辅助的联合波束成形设计方法。在保证V2V用户数据速率需求、V2I基站发射功率受限和IRS反射相移模约束等条件下,以最大化V2I用户的信道容量为目标,联合优化基站端发送预编码和... 详细信息

针对MIMO车联网系统中V2I和V2V共享频谱的情形,提出了一种IRS辅助的联合波束成形设计方法。在保证V2V用户数据速率需求、V2I基站发射功率受限和IRS反射相移模约束等条件下,以最大化V2I用户的信道容量为目标,联合优化基站端发送预编码和IRS端的反射相移矩阵。采用最小均方误差规则、矩阵分析理论和内逼算法把非凸且变量耦合的优化问题转换为解耦后的凸优化问题,并提出一种交替迭代优化算法获得原问题的解。对所提算法的性能进行仿真,分析了IRS反射单元数、IRS部署位置和车速对车联网频谱效率的影响。仿真结果表明,所提算法收敛性较好,若在基站附近部署IRS,利用所提的联合波束成形方法能最大限度地提高车联网频谱效率。

关键词：智能反射面车联网 MIMO 波束成形凸优化

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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

基于不完美CSI的低轨卫星通信系统鲁棒资源分配算法

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电子与信息学报 2024年第2期46卷 671-679页

作者：吴翠先董燚恒徐勇军张海波薛青重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065 浙江省信息处理与通信网络重点实验室浙江310058

为了解决低轨卫星通信系统因资源受限导致的能量与速率不平衡的问题,同时考虑信道不确定性对实际卫星通信系统性能衰退的影响,该文提出一种基于最大化最小能效的鲁棒资源分配算法。首先,考虑每个用户中断速率约束、功率分配系数约束和... 详细信息

为了解决低轨卫星通信系统因资源受限导致的能量与速率不平衡的问题,同时考虑信道不确定性对实际卫星通信系统性能衰退的影响,该文提出一种基于最大化最小能效的鲁棒资源分配算法。首先,考虑每个用户中断速率约束、功率分配系数约束和最大发射功率约束,基于高斯信道不确定性,构建了联合优化卫星波束成形向量与功率分配因子的鲁棒资源分配模型。所描述的问题是一个含参数摄动的非凸、非确定性多项式难问题,很难直接求解。为此,基于丁克尔巴赫、伯恩斯坦不等式、半正定松弛和交替优化等方法将其转化为等价的凸优化问题,并提出一种基于迭代的混合鲁棒波束成形与功率分配算法。仿真结果表明,该文算法具有较好的能效和较强的鲁棒性。

关键词：低轨卫星通信波束成形能效优化鲁棒性

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全双工无人机中继轨迹优化和资源分配

北京邮电大学学报 2024年第1期47卷 51-57页

作者：唐菁敏王炳文黄嘉琪宋耀莲昆明理工大学信息工程与自动化学院昆明650500

为了解决城市场景中无线通信易受障碍物阻挡的问题,提出了一种全双工无人机辅助通信系统的轨迹优化和资源分配算法。通过联合优化用户调度、无人机飞行轨迹、波束成形、基站和无人机发射功率,来实现用户最小速率最大化。为了解决此复杂... 详细信息

为了解决城市场景中无线通信易受障碍物阻挡的问题,提出了一种全双工无人机辅助通信系统的轨迹优化和资源分配算法。通过联合优化用户调度、无人机飞行轨迹、波束成形、基站和无人机发射功率,来实现用户最小速率最大化。为了解决此复杂的非凸优化问题,利用块坐标下降法将原问题分解为4个子问题,使用松弛变量、连续凸近似和交替干扰抑制等方法,分别对子问题进行转换求解。仿真结果表明,所提算法具有良好的收敛性,并且能有效地提高最小用户传输速率。

关键词：无人机通信全双工轨迹优化波束成形功率分配

IRS辅助的安全通信系统波束成形嵌套优化算法

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信号处理 2022年第8期38卷 1728-1736页

作者：马好好解培中李汀南京邮电大学通信与信息工程学院江苏南京210003

智能反射面(Intelligent Reflecting Surface,IRS)是一种通过重新配置无线传播环境,提高无线通信网络安全性的绿色通信新技术。该文针对IRS辅助的多输入单输出安全通信系统,考虑在合法用户保密率约束下,联合优化基站处的发射波束成形和... 详细信息

智能反射面(Intelligent Reflecting Surface,IRS)是一种通过重新配置无线传播环境,提高无线通信网络安全性的绿色通信新技术。该文针对IRS辅助的多输入单输出安全通信系统,考虑在合法用户保密率约束下,联合优化基站处的发射波束成形和IRS处无源移相器的反射波束成形,使基站的发射功率最小。为了求解多变量耦合的非凸优化问题,我们提出了拉格朗日函数和粒子群嵌套优化算法,使用粒子群算法搜索IRS的反射波束成形,拉格朗日函数求解对应的发射波束成形,获得非凸优化问题的次优解。论文仿真比较了不同算法下基站所需的发射功率,结果表明所提算法基站所需发射功率更低。

关键词：智能反射面安全通信波束成形嵌套优化

混合IRS辅助大规模MISO中基于显性信道估计的联合波束成形设计

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计算机应用研究 2023年第11期40卷 3388-3393页

作者：李烨邬婷婷上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093

针对智能反射面辅助大规模MISO系统的波束成形设计,当前大多数研究都是基于信道状态信息完全已知,且未考虑基站端主动波束成形矩阵与智能反射面反射系数矩阵存在的耦合关系。智能反射面辅助的信道为级联信道,难以进行估计,且导频开销较... 详细信息

针对智能反射面辅助大规模MISO系统的波束成形设计,当前大多数研究都是基于信道状态信息完全已知,且未考虑基站端主动波束成形矩阵与智能反射面反射系数矩阵存在的耦合关系。智能反射面辅助的信道为级联信道,难以进行估计,且导频开销较大。鉴于此,采用了一种包含有源和无源元件的混合智能反射面架构,首先基于毫米波信道的稀疏特性,利用压缩感知算法估计信道,并设计一种融合注意力机制的两级卷积网络框架,以最大化和速率为目标,联合优化设计智能面反射系数矩阵和波束成形矩阵。实验结果表明,相比已有方法,所提方法可以使用更少的导频获得更优的和速率性能,有效减少了导频损耗,降低了计算时间复杂度。且当通信环境发生变化时,网络亦具有良好的鲁棒性。

关键词：大规模MISO 智能反射面波束成形信道估计压缩感知深度学习注意力机制

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基于多目标优化的星空融合网络波束成形算法

信号处理 2023年第7期39卷 1183-1193页

作者：林敏黄庶沛王子宁郭焱韩略南京邮电大学通信与信息工程学院江苏南京210003

将卫星通信网和无人机通信网有机结合构成的星空融合网络,具有覆盖范围广、通信容量大、组网方便快捷等众多优势,在未来第六代移动通信领域显示了广阔的应用前景。与此同时,采用太赫兹频段进行无线传输,被认为是解决当前无线通信领域频... 详细信息

将卫星通信网和无人机通信网有机结合构成的星空融合网络,具有覆盖范围广、通信容量大、组网方便快捷等众多优势,在未来第六代移动通信领域显示了广阔的应用前景。与此同时,采用太赫兹频段进行无线传输,被认为是解决当前无线通信领域频谱效率偏低、系统容量受限等问题的有效手段。针对工作在太赫兹频段的星空融合网络,在卫星网络和无人机网络分别采用多播技术和层分复用技术,且它们共享频谱资源的条件下,提出了一种基于多目标优化的波束成形方案,以满足用户的差异化服务需求。首先,建立卫星和无人机发射功率受限,且各类用户的服务质量得到保证为约束条件,系统的和速率最大化与总发射功率最小化为目标函数的多目标优化问题。其次,通过加权切比雪夫法,将数学上非常复杂的多目标问题转换为单目标问题,并进一步提出基于凹凸过程的迭代算法处理非凸约束,得到帕累托最优解。最后,计算机仿真验证了所提算法采用层分复用技术能够有效提高系统的频谱效率,从而证实了所提算法的优越性。

关键词：星空融合网络太赫兹频段多目标优化波束成形

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基于光实时延迟线的波束成形技术研究回顾

天地一体化信息网络 2022年第2期3卷 20-27页

作者：夏师懿李国通中国科学院微小卫星创新研究院上海201203 中国科学院大学北京100049 上海科技大学上海201210

卫星通信在下一代通信协议中扮演了一个重要的角色,这给研究者带来了机遇与挑战。为有效、灵活地利用卫星载荷资源,波束成形是必不可少的技术。为探寻更优的波束成形技术,首先对比光实时延迟线所组成的光控波束成形与传统模拟波束原理... 详细信息

卫星通信在下一代通信协议中扮演了一个重要的角色,这给研究者带来了机遇与挑战。为有效、灵活地利用卫星载荷资源,波束成形是必不可少的技术。为探寻更优的波束成形技术,首先对比光实时延迟线所组成的光控波束成形与传统模拟波束原理。基于光实时延迟线的相控阵波束成形技术在满足卫星通信中体积小、重量轻、功率低需求的同时还可轻易实现在波束扫描的过程中无斜视。然后分析不同技术路径下光实时延迟线的波束成形技术的优势与约束,如基于微型环谐振腔阵列、基于光栅延迟线、基于多路径切换与光开关和基于波长选择性的光实时延迟线。最后总结光控波束成形技术研究现状,提出在卫星互联网中实现的可能性,并对其未来发展方向进行预测。

关键词：卫星互联网波束成形光实时延迟线