检索结果-南通市图书馆

作者：戴思佳西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着用户通信需求的不断提高和用户数量的急剧增长,人们在追求高速率-低功耗通信的同时,对通信安全性的需求也逐步增高。因此,如何在高速率-低功耗系统中保障通信传输的安全性,是关乎个人乃至国家的重要利益。作为一种重要的安全技术,... 详细信息

随着用户通信需求的不断提高和用户数量的急剧增长,人们在追求高速率-低功耗通信的同时,对通信安全性的需求也逐步增高。因此,如何在高速率-低功耗系统中保障通信传输的安全性,是关乎个人乃至国家的重要利益。作为一种重要的安全技术,物理层安全技术利用无线信道的特殊性质,不依赖于通信设备的计算资源和网络参数,具有低复杂度、节省资源的优点。然而,在有用信道与窃听信道强相关情形下,现有的物理层安全技术无法保障安全传输。为克服上述困境,可将智能反射面(Intelligent Reflecting Surface,IRS)与物理层安全技术有效结合,利用智能反射面结构特殊、绿色节能、复杂性低等优势,通过改变反射单元反射信号的相位和幅度信息,可重构无线传输信道,避免信道强相关情形,从而实现无线安全传输。由于智能反射面不具备信号处理功能,因而获得完美信道状态信息(Channel State Information,CSI)较为困难。基于此,本文研究基于部分信道状态信息的智能反射面安全波束成形方法,论文的主要内容及工作如下:首先,对于发送端和单个合法用户之间的链路中存在单窃听者的情况,本文建立了IRS辅助的单用户单窃听无线通信系统模型,在发送端仅知部分CSI的条件下,以最大化系统的保密速率作为最终目标,联合优化发送端波束成形向量和IRS相移矩阵。针对优化问题,本文利用重构信道去强相关这一特点,将原非凸问题转化为两个子问题:IRS被动波束成形子问题和发射端主动波束成形子问题。针对这两个子问题,本文分别提出交替方向乘子法(Alternating Direction Method of Multipliers,ADMM)和最小加权均方误差(Weighted Minimum Mean Square Error,WMMSE)算法进行求解,并通过仿真证明所提方法可明显地改善系统的安全性。其次,考虑单个合法用户周围存在多个窃听者的场景,构建IRS辅助的单用户多窃听无线通信系统模型,在发射端已知部分CSI的条件下,建立最大化系统保密和速率的优化问题,并优化IRS相移矩阵和发射端波束成形向量。由于原优化问题是一个有恒模约束的非凸问题,本文利用重构信道去强相关的特性,将原非凸问题转化成两个子问题来顺序求解,分别是IRS被动波束成形子问题和发射端主动波束成形子问题。对于IRS被动波束成形子问题,利用ADMM算法进行求解。对于发射端主动波束成形子问题,提出2种优化算法:1)WMMSE算法,实现了良好性能;2)等价信道分解(Equivalent Channel Decomposition,ECD)算法,该算法提供了与WMMSE算法相当的性能,但复杂度要低得多。最终的仿真结果表明所提方法具有优异的收敛特性,能够明显提升系统的保密和速率及性能。

关键词：物理层安全智能反射面部分CSI 波束成形安全传输

无人机搭载反射面辅助的蜂窝通信联合波束成形与分簇优化方法研究

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无人机搭载反射面辅助的蜂窝通信联合波束成形与分簇优化方法研究

作者：杨泽磊西北大学

学位级别：硕士

随着大规模物联网(Internet of Things,IOT)和人工智能的飞速发展,未来的移动通信网络应满足高数据传输速率、低时延、海量连接等要求,并可借助无人机(Unmanned Aerial Vehicles,UAV)、卫星等通讯设备建立“空-天-地”一体化通信网络,... 详细信息

随着大规模物联网(Internet of Things,IOT)和人工智能的飞速发展,未来的移动通信网络应满足高数据传输速率、低时延、海量连接等要求,并可借助无人机(Unmanned Aerial Vehicles,UAV)、卫星等通讯设备建立“空-天-地”一体化通信网络,实现全球覆盖的无线连接服务。其中,无人机通信通过利用无人机机动性高、部署灵活的优点,可实现以视距传输(Line of Sight,LOS)路径为主导的传输方式,从而有效提升通信质量,扩大通信覆盖范围。传统的无人机通信通常需要在无人机上安装信号收发设备,作为空中中继或基站(Base Station,BS)完成信号的转发。由于信号收发设备一般是有源的,能量损耗大,使得无人机在空中工作时间受限,系统的通信效率降低。在6G移动通信中,一项关键技术是智能反射面(Intelligent Reflecting Surface,IRS),智能反射面是一种利用大量低成本的无源反射元件对信号进行智能反射的新兴技术,有效改善信号传输质量,在提升数据速率和能量效率等方面具有显著优势。然而,在目前的研究中,智能反射面通常部署在建筑物表面,无法灵活移动,导致其容易产生信号阻塞的问题,不能完全发挥其动态配置无线电环境的优势。为此,将智能反射面搭载于无人机上进行通信,不仅可以实现灵活部署、扩展覆盖范围,还可以有效降低能耗和成本、提高通信质量,是一项具有发展潜力的新技术。基于此,本文针对无人机搭载智能反射面所辅助的蜂窝通信系统,对基站和反射面之间的波束成形及无人机分簇问题进行研究,主要创新点如下:(1)基于块稀疏优化理论建立了基站与反射面波束成形及无人机分簇联合优化模型:首先构建联合波束成形及无人机选择矩阵,对其进行L1/L2范数正则化后作为惩罚项引入到目标函数中,从而将基站和反射面的波束优化及无人机分簇问题建模为Group Least Absolute Shrinkage and Selection Operator(Group LASSO)块稀疏优化模型,实现波束成形及分簇的联合优化,以提高系统和速率及资源利用率。(2)由于所建立的优化问题为NP-hard问题,为以较低复杂度进行求解,提出联合基站与反射面波束成形及无人机分簇的两阶段优化方法:首先,针对智能反射面波束成形子问题,利用Majorization-Minimization(MM)优化理论对反射面的反射角度进行迭代优化。进而,针对基站波束成形及无人机分簇子问题,提出了基于块稀疏优化的联合基站波束成形及无人机分簇算法,通过对联合波束成形及无人机选择矩阵进行块稀疏化,在最大化系统和速率的同时得到了为不同用户所服务的无人机分簇结果以及基站处的发射波束成形矩阵。最后,通过详细的实验仿真对本文所提出的联合基站与智能反射面波束成形及无人机分簇优化算法进行验证,并与传统方法对比。试验结果表明本文所提出的算法能够根据实际小区情况,在很大程度上提高了通信系统和速率,同时对无人机进行有效分簇。

关键词：智能反射面无人机通信波束成形分簇资源优化

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双智能反射面辅助认知无线电的波束成形研究

双智能反射面辅助认知无线电的波束成形研究

作者：罗雨慧东华大学

学位级别：硕士

移动用户和无线设备急剧增长,新的无线应用层出不穷,目前通信网络对无线电资源带宽和能量的需求日益增加。因此,频谱效率和能源效率正成为设计未来无线网络的两个重要标准。智能反射面(Intelligent Reflector Surface,IRS)又称可重构智... 详细信息

移动用户和无线设备急剧增长,新的无线应用层出不穷,目前通信网络对无线电资源带宽和能量的需求日益增加。因此,频谱效率和能源效率正成为设计未来无线网络的两个重要标准。智能反射面(Intelligent Reflector Surface,IRS)又称可重构智能面,是近年来通过智能重构信道环境来提高无线通信系统能效的一种很有前景的方法,它能够智能地实时配置入射信号的幅值、相位等因素,然后反射到指定的接收端,以达到增强信号和抑制干扰的目的。认知无线电(Cognitive Radio,CR)是一种有效的提高无线通信频谱效率的技术,它允许次要用户(Secondary User,SU)与主要用户(Primary User,PU)共享频谱,即SU在不对PU造成显著干扰的前提下,使用授权给PU的频谱进行通信。将智能反射面与认知无线电相结合,有望实现更高质量的无线通信。针对传统的IRS采用随机相位来提升网络性能的方式仍有改进空间的问题,本文提出将两个IRS引入到下行多输入单输出CR系统中,研究了IRS的被动波束成形优化问题。本文的主要工作如下:(1)本文搭建了一种双IRS辅助的多输入单输出CR网络通信模型。该模型包含主要网络和次要网络两个部分。在主要网络中,多天线主基站(Primary Base Station,PBS)通过一个IRS为多个单天线PU提供服务。在次要网络中,多天线认知基站(Cognitive Base Station,CBS)共享PU的频谱,在另一个IRS的帮助下与单天线SU建立通信。(2)基于以上网络模型,本文提出了基于主动和被动波束成形的可达速率优化问题。设计目标是在基站发射功率约束和干扰门限约束下,通过联合优化基站的发射波束成形以及两个IRS的相移矩阵,最大化所有用户的可达速率之和。该问题由于其非凸性和变量的耦合性而难以求解,因此本文采用基于半正定松弛法(Semi-Definite Relaxation,SDR)和交替优化思想的迭代算法来求解。首先我们利用交替优化的思想将优化问题分解为两个子问题,其次在每个子问题中采用SDR算法和相关引理将非凸优化问题转化为凸优化问题并进行求解。仿真结果表明,该算法在提升系统的可达和速率方面优于随机生成IRS相位的方案。(3)本文研究了双IRS辅助认知无线网络的能效优化问题,提出了基于主动和被动波束成形的优化方案。该方案通过联合优化基站的发射波束成形以及IRS的相移矩阵,最大化系统的能效。在构建优化问题的同时,考虑了基站的最大发射功率和次要网络对PU的干扰门限两个约束条件。我们同样采用了交替优化的思想,将原问题分解为两个子优化问题来解决所提出问题的非凸性。对于第一个子问题,利用了Dinkelbach算法对问题公式进行转化,并采用SDR算法对秩一约束进行松弛处理。对于第二个子问题,利用了SDR算法和相关引理进行转化并求解。仿真结果表明,所提的优化方案能明显提升系统能效,并且优于其他随机生成IRS相位的方案。

关键词：智能反射面认知无线电波束成形凸优化

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基于超声导波波束成形的缺陷反演方法研究

基于超声导波波束成形的缺陷反演方法研究

作者：武靖昌南京航空航天大学

学位级别：硕士

机械结构的无损检测是工业体系中重要的一部分,可以从侧面反映一个国家的工业发展水平。而金属板材和大型管道结构是工业中最为常见的结构件,它们在使用过程中难免会出现结构破坏或腐蚀缺陷,因而对这类结构件的无损检测是十分有价值的... 详细信息

机械结构的无损检测是工业体系中重要的一部分,可以从侧面反映一个国家的工业发展水平。而金属板材和大型管道结构是工业中最为常见的结构件,它们在使用过程中难免会出现结构破坏或腐蚀缺陷,因而对这类结构件的无损检测是十分有价值的。传统的超声体波检测,检测效率低且工作量很大,并且需要耦合剂,而采用电磁超声导波无损检测不仅检测效率高,而且无需耦合剂。本文采用电磁超声导波无损检测,结合波束成形和衍射层析成像缺陷反演算法,对铝板表面的减薄缺陷进行反演,实现了对缺陷的位置、大小和形状的定量化分析,并提出优化方法对反演结果进行优化。首先,介绍了波束成形和衍射层析成像的基本原理,并引入物空间坐标和像空间坐标,证明了两种算法在频域上存在着线性映射关系,实现了两种算法反演图像的互相转换。其次,使用ABAQUS有限元软件建立了含缺陷铝板的导波无损检测模型,成功在仿真中激发出A0模态的Lamb波。利用波束成形算法成功反演出缺陷,并将其映射为衍射层析图像得到了反演效果更好的图像,且对比RAPID图像,突显波束成形算法的优点。然后,引入了二维变分模态分离法(2D-VMD)降低波数成形图像的噪音,提高反演效果。提出频率权重法来优化散射场的提取,显著的提高波束成形图像的质量。最后,设置超声导波无损检测实验系统,采用电磁声换能器激发出单一A0模态Lamb波,验证波束成形算法的有效性,并使用2D-VMD法和频率权重法相结合优化了实验反演结果。

关键词：导波无损检测波束成形衍射层析成像 Lamb波 2D-VMD 频率权重法

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毫米波卫星通信波束成形技术研究

毫米波卫星通信波束成形技术研究

作者：虞自立东南大学

学位级别：硕士

卫星通信系统以其部署灵活、覆盖范围广、传输距离远、无地域限制等优势,在移动通信、导航定位、广播电视等领域受到了广泛关注。为了提高系统容量和传输速率,卫星采用毫米波传输技术,可以满足对无线接入和服务的更大需求,提供更加高效... 详细信息

卫星通信系统以其部署灵活、覆盖范围广、传输距离远、无地域限制等优势,在移动通信、导航定位、广播电视等领域受到了广泛关注。为了提高系统容量和传输速率,卫星采用毫米波传输技术,可以满足对无线接入和服务的更大需求,提供更加高效稳定的网络覆盖,更好地拓宽和补充地面无线通信网络。考虑到毫米波路径损耗带来的影响,卫星需要通过波束成形技术形成高指向性的波束,消除多个信息流之间的干扰,提升通信系统的传输性能。本文针对毫米波卫星通信系统的用户分组和波束成形问题进行了研究,具体包括:首先为了提高多波束卫星的传输速率,本文研究了单播场景下基于迫零波束成形的用户分组算法。在一个服务周期内,所有用户根据不同时隙被划分为多个用户小组,同一小组内的用户以空分多址的方式被卫星服务。在此基础上,本文提出了一种考虑功率公平性的用户分组算法,卫星为每一路发射信号提供相同的发射功率,逐个选取用户加入不同的小组,直至和速率无法继续增加为止。同时针对部分用户无法被分组算法选中的情况,本文还提出了一种基于完全用户选择的用户分组算法,使得所有用户都能被分入某个小组从而得到卫星服务,通过仿真验证了所提算法的有效性。其次为了提升多波束卫星的频谱效率和能量效率,本文研究了组播场景下多波束卫星的波束成形技术,每个波束可以同时为多个用户传输相同的信息。针对总功率约束和服务质量(Quallity of Service,Qo S)约束下的频谱效率最大化问题,本文给出了一种基于连续凸逼近(Successive Convex Approximation,SCA)的波束成形方法,将非凸优化问题转换为二阶锥规划问题进行求解;针对总功率约束和Qo S约束下的能量效率最大化问题,本文还给出了一种基于二次变换的波束成形方法,将最大化能量效率的分数规划问题转化为非分数的形式,再通过SCA方法将问题转换为凸优化问题进行求解,通过仿真验证了上述算法的有效性。最后为了最大化大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)卫星通信系统的能量效率,本文研究了大规模MIMO卫星通信的波束成形技术。卫星基于慢变统计信道状态信息,采用混合波束成形技术提升系统的能量效率。针对在总功率约束和移相器恒模约束下全连接架构的混合波束成形设计问题,本文设计了一种交替迭代的波束成形方法,首先通过分式变换将分数规划问题转换为等价的可解形式,然后采用黎曼共轭梯度算法设计模拟波束成形,采用拉格朗日乘子法设计数字波束成形,最后通过多次交替迭代实现混合波束成形设计。同时为了降低硬件复杂度,将迭代波束成形方法扩展到了部分连接架构中,通过仿真结果验证了上述算法的收敛性和有效性。

关键词：毫米波卫星通信用户分组波束成形能量效率

5G-R大规模MIMO下行波束成形技术研究

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5G-R大规模MIMO下行波束成形技术研究

作者：王琦东南大学

学位级别：硕士

随着全球范围内高铁服务需求的增加,目前铁路移动通信主要使用的铁路数字移动通信系统(Global System for Mobile Communications–Railway,GSM-R)系统正承受着空前的压力,发展新一代铁路通信系统需求与呼声与日俱增。大规模多输入多输... 详细信息

随着全球范围内高铁服务需求的增加,目前铁路移动通信主要使用的铁路数字移动通信系统(Global System for Mobile Communications–Railway,GSM-R)系统正承受着空前的压力,发展新一代铁路通信系统需求与呼声与日俱增。大规模多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)技术和波束成形技术作为第五代移动通信(5th Generation Mobile Communication Technology,5G)的关键技术,可以能在不额外增加系统带宽的情况下,有效提升高铁无线通信系统的信道容量和通信质量,因此发展第五代通信技术的铁路专用系统(5th Generation Communication for Railway,5G-R)系统是高铁通信发展的一大趋势。同时由于5G-R专网采用频分双工(Frequency Division Duplex,FDD)模式,上、下行信道部署在不同频段而不具有互易性,而实现发射端波束成形需要提前获知用户的信道状态信息(Channel State Information,CSI),但是基站发送的下行导频与用户反馈的时频资源开销正比于基站天线数量,这对于应用大规模MIMO技术来说更具有挑战性。所以本文针对FDD系统的互易性误差进行了定性定量分析,同时利用FDD系统的互易性对高铁通信场景中的波束成形方法展开了深入的探究,具体工作如下:首先,论文介绍了高铁移动通信两跳传输模式、高移动性、多普勒频偏、频分双工的特点,并分析了适用于高铁在高速和视距情况下的信道模型。重点深入分析了5G通信的相关的技术在高铁移动通信场景中的应用情况,由于高铁移动通信可以利用大规模MIMO技术和波束成形技术来增强信号的方向性能,降低传输损耗,提升无线通信系统的吞吐量性能和频谱利用效率。因此本文详细分析了MIMO技术的基本原理,然后针对FDD大规模MIMO技术在高铁无线通信中面临的问题,提出了可以利用FDD信道互易性修正,采用角度波束成形的方式进行信号传输,从而降低系统开销。同时本文针对在均匀线性阵列(Uniform Linear Array,ULA)下波束成形技术的基本原理进行了详细的阐述,分析了天线功率方向图的零极点,并推导了零功率主瓣宽度,讨论了波束成形技术在高铁移动通信中应用的可行性,为后续设计高铁波束成形方案提供理论依据。其次,论文针对FDD系统的互易性进行了探究。分析了在FDD模式下,上、下行工作频率不同以及信道老化对上、下行信道互易性的影响,针对上、下行到达角和多普勒频偏进行了定性定量误差分析,仿真表明,在FDD模式下,基站与列车垂直夹角较小的情况下信道互易性较好,随着上、下行频率间隔增大或车速增加,其互易性会降低。其中导向矩阵可以通过对上行获取的角度信息进行修正来实现角度互易性。而高速移动的快时变信道产生的多普勒相位旋转则会在短时间内快速变化,其上、下行频率间隔带来的偏差也会呈快速周期性变化,无法对其直接使用互易性,但是可以通过频率校准进行修正,因此本文提出了一种MF+LOS多普勒频偏修正方案,结果表明,在FDD大规模MIMO系统下,此方案可以较好的修正上行信道的多普勒频偏,并生成针对下行信道的多普勒补偿向量,从而改善高速移动下的多普勒频偏效应,提升系统性能。最后,针对高速铁路通信场景本文探究了基于角度的单波束成形方案和在列车不同的车厢分别安装移动中继天线阵列(Mobile Relay Station,MRS)进行多波束通信的分组波束成形方案,并分析推导了其系统性能和优劣势,提出了可以采用迫零(Zero Forcing,ZF)算法对方向矢量矩阵进行处理,从而降低波束间的干扰的AOAZF分组波束成形方案。有效推迟分组波束成形方案与单波束方案性能交替点的位置,提高分组波束成形方案的性能。由于单波束成形方案和AOAZF分组波束成形方案都有各自的优劣势和适用的区间段,本文提出了一种自适应波束成形方案,根据波束间的干扰因子来实时计算调整要发射的波束序号,控制波束数量和每组波束的天线数来保证通信传输的质量,以达到较好的系统性能,通过仿真分析这种自适应波束成形方案适合高速铁路通信场景,与其他波束成形方案相比都呈现了良好的系统性能。

关键词：铁路5G专网频分双工信道互易性大规模MIMO 波束成形

基于PSO算法的IRS辅助安全通信系统波束成形研究

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基于PSO算法的IRS辅助安全通信系统波束成形研究

作者：马好好南京邮电大学

学位级别：硕士

物理层安全技术已成为保障信息安全传输的一种有效的解决方案。智能反射面(Intelligent Reflecting Surface,IRS)以软件编程的方式协同改变发射机和接收机之间的无线信道,通过合理的优化和分配网络资源,即基站(Base Station,BS)处的发... 详细信息

物理层安全技术已成为保障信息安全传输的一种有效的解决方案。智能反射面(Intelligent Reflecting Surface,IRS)以软件编程的方式协同改变发射机和接收机之间的无线信道,通过合理的优化和分配网络资源,即基站(Base Station,BS)处的发射波束成形和IRS处的反射波束成形,可以在有限的成本条件下进一步提升系统性能,为物理层安全通信的发展提供了一种新的设计思路。因此,本文主要对IRS辅助的多输入单输出(Multiple Input Single Output,MISO)安全通信系统的波束成形问题进行研究。针对单个IRS辅助的场景,在保密速率和IRS反射系数约束下,提出了一种基于粒子群算法的嵌套优化方法联合优化发射和反射波束成形,使基站的发射功率最小。具体来说,使用粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)优化反射波束成形,拉格朗日函数法推导出的闭式表达式求解发射功率,并反馈给粒子群算法作为适应度值,从而实现两种算法的嵌套。该算法中粒子位置为反射面相移矢量的可行解,反射单元相移的限制等效为粒子位置的限制,巧妙地满足了反射系数的约束条件,然后粒子根据自身及其他粒子的移动经验进行动态调整,实现反射波束成形的更新。仿真结果表明,IRS辅助的安全传输策略在降低基站所需发射功率方面有巨大潜力,且所提的基于PSO的嵌套优化算法优于传统的高斯随机化辅助的半正定松弛(Semi-Definite Relaxation,SDR)算法。此外,我们还发现在降低基站发射功率方面,增加IRS反射单元数目比扩大发射机的天线阵列尺寸更经济有效。针对双IRS辅助的场景,为了充分发挥两个IRS辅助无线网络的潜力,特别地考虑了两个IRS之间的反射链路以获得协作波束成形增益。在单反射链路和双反射链路并存的情形下,提出了一种基于PSO的交替优化算法联合优化BS处的发射波束成形和两个分布式IRS(分别部署在BS和用户附近)的反射波束成形,使系统保密速率最大。具体来说,固定其中一个反射波束成形,利用改进的PSO算法同时优化发射波束成形和另一个IRS的反射波束成形。优化过程中粒子位置为反射面相移矢量的可行解,发射波束成形随粒子位置的更新动态调整,其值可以用求解广义瑞利熵的方法获得。该方法巧妙地将反射波束成形的更新与发射波束成形的调整结合起来。仿真结果表明,所提算法在不同反射单元数量下均具有较好的收敛性,且能够有效提升系统的保密速率。

关键词：智能反射面安全通信粒子群优化波束成形

星地融合网络中基于非完美信道状态信息的鲁棒安全波束成形算法

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星地融合网络中基于非完美信道状态信息的鲁棒安全波束成形算法

作者：肖圣杰南京邮电大学

学位级别：硕士

星地融合网络(Satellite Terrestrial Integrated Network,STIN)综合了卫星通信网和地面移动网的优势,从而满足下一代无线通信系统广域覆盖和无缝连接的需求。然而,无线信道的开放性以及卫星通信的广覆盖性使得STIN的信息传输安全性面... 详细信息

星地融合网络(Satellite Terrestrial Integrated Network,STIN)综合了卫星通信网和地面移动网的优势,从而满足下一代无线通信系统广域覆盖和无缝连接的需求。然而,无线信道的开放性以及卫星通信的广覆盖性使得STIN的信息传输安全性面临着严峻的挑战。在这种情况下,本论文基于物理层安全技术,在仅已知窃听者非完美信道状态信息(Channel State Information,CSI)的情况下,研究了STIN中的安全波束成形(Beamforming,BF)技术。主要工作如下:(1)针对卫星通信网和地面移动网频谱共享的场景,提出了一种基于可达安全速率门限最大化准则的鲁棒安全BF算法。首先在单用户多窃听者且已知窃听者非完美CSI的情况下,考虑用户服务质量,发射功率受限以及保密中断概率约束,建立以卫星网络可达安全速率门限最大化为目标的优化问题。然后针对该问题提出了基于半正定规划和Dinkelbach的鲁棒安全BF算法,并使用随机化算法获得卫星BF权矢量。最后,计算机仿真结果验证了所提算法的有效性和优越性。(2)针对智能反射面辅助的STIN通信系统,提出一种基于系统总发射功率最小化准则的鲁棒安全BF算法。在卫星使用点波束技术服务地球站,基站借助智能反射面服务蜂窝网用户的情况下,建立以系统总发射功率最小化为目标的优化问题。然后利用三角不等式和Holder不等式对窃听者输出信干噪比上下界进行推导,进一步提出了基于半正定规划和惩罚函数的鲁棒BF和功率控制联合优化算法。最后,计算机仿真结果表明,所提算法能在保证通信安全性的同时显著降低系统功耗。(3)针对采用速率分割多址接入的STIN通信系统,提出一种基于系统能效最大化准则的鲁棒安全BF算法。首先建立以系统能效最大化为目标,用户服务质量和窃听者窃听概率为约束条件的联合优化问题。然后提出了将Dinkelbach、连续凸近似和惩罚函数相结合的联合优化算法,获得卫星和基站的BF权矢量。最后,计算机仿真结果表明所提算法优于传统算法,且系统的能效能够接近理想情况。

关键词：星地融合网络物理层安全波束成形非完美信道状态信息凸优化

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大规模天线系统动态波束成形技术研究

大规模天线系统动态波束成形技术研究

作者：刘瑶华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

随着无线通信网络传输速率要求的不断增长,有必要在5G网络中研究新技术以满足带宽需求。作为5G关键技术,大规模天线技术需要在收发端配置大量的天线及高功耗的射频链以有效提高网络传输速率,增加了系统的硬件成本和功耗。因此需要提出... 详细信息

随着无线通信网络传输速率要求的不断增长,有必要在5G网络中研究新技术以满足带宽需求。作为5G关键技术,大规模天线技术需要在收发端配置大量的天线及高功耗的射频链以有效提高网络传输速率,增加了系统的硬件成本和功耗。因此需要提出一种可以实现速率和能耗的折中方案。波束成形技术对通信链路的建立以及系统吞吐量的提高起着至关重要的作用。本文针对不同系统研究动态的混合波束成形结构及解决方案,并进行理论证明和仿真分析。综上所述,本文主要工作如下:（1）考虑单用户场景,设计了一种基于开关的动态连接波束成形结构。以最大化系统和速率（Sum Rate,SR）为目标提出了一种基于连续干扰消除的高性能波束成形方案和一种基于连续干扰消除-交替方向乘子法的低复杂度波束成形方案。结果表明,相比于现有波束成形方案,所提方案具有更高的频谱效率（Spectral Efficiency,SE）和能量效率（Energy Efficiency,EE）。此外,所提方案的优势随天线数增加而更加明显,且可以通过该连接结构实现SE和EE的折中。（2）将单用户场景扩展至多用户场景,为进一步提高系统SE并有效消除多用户场景下用户间干扰问题,考虑全连接结构提出了一种基于离散傅里叶码本-奇异值分解的低复杂度波束成形方案。该方案首先通过引入码本设计模拟波束成形矩阵,然后采用块对角化消除用户间干扰,最后采用奇异值分解消除用户内干扰,从而有效提高等效信道增益。仿真结果表明,所提方案可以实现很好的SE和EE,相比于现有波束成形方案更适用于多用户场景。（3）为实现对无线信道环境的主动配置,引入智能反射面实现通信系统覆盖增强,将其与发送端全数字波束成形相结合,应用于多用户通信系统中。以最大化SR为目标提出了一种基于块坐标下降的联合波束成形方案。该方案通过引入状态选择矩阵实现对智能反射面的动态控制,并加入最小速率限制以保证用户公平性。仿真结果表明,相比于现有联合波束成形方案,所提方案具有更高的SE和EE,并通过动态控制满足用户在不同场景下对速率和功耗的不同要求。

关键词：大规模天线系统波束成形智能反射面频谱效率能量效率

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隐蔽毫米波通信系统的波束成形技术研究

隐蔽毫米波通信系统的波束成形技术研究

作者：程逸群东南大学

学位级别：硕士

为解决5G大数据时代日益突出的数据安全传输问题,人们开始对毫米波多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)系统的隐蔽无线通信技术进行研究。频谱资源丰富但路径损耗严重的毫米波在大规模天线阵列技术的加持下,可形成高指... 详细信息

为解决5G大数据时代日益突出的数据安全传输问题,人们开始对毫米波多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)系统的隐蔽无线通信技术进行研究。频谱资源丰富但路径损耗严重的毫米波在大规模天线阵列技术的加持下,可形成高指向高增益的波束,因而毫米波MIMO系统在隐蔽无线通信中具有先天的优势。隐蔽通信技术也称为低检测概率通信技术,相较于传统的加密技术和物理层安全技术,隐蔽通信技术关注重点在于隐藏通信过程本身,有更高的安全性。本文针对毫米波MIMO系统完整的隐蔽通信过程开展研究工作,具体如下。本文首先研究了基于波束扫描的隐蔽毫米波通信的发射功率优化问题,通过采用分阶段优化的方式,分别对毫米波通信的波束对准阶段和数据传输阶段的发射功率进行优化。在多输入单输出(Multiple-Input Single-Output,MISO)场景下,对系统优化问题进行分析推导,在满足系统隐蔽性要求的条件下,优化波束对准阶段发射功率和数据传输阶段发射功率,以最大化系统有效可达速率。进一步考虑MIMO场景下,基于波束扫描的隐蔽毫米波通信的发射功率优化问题。与MISO场景相比,MIMO场景下波束扫描阶段发送的训练符号数更多。仿真结果表明,MIMO场景下波束对准阶段发射功率相比MISO场景明显降低,进而导致波束对准概率降低。但是,在满足系统隐蔽性要求的情况下,MIMO场景下的系统有效可达速率明显优于MISO场景,且随着信道条件的改善而提高,说明了MIMO技术可有效提高隐蔽通信系统性能。隐蔽毫米波无线通信技术作为一项较新的安全通信技术,关于不同波束训练方案下的隐蔽毫米波通信系统性能的研究还相对稀缺。考虑到使用分层码本可以减少波束对准阶段需要的训练符号数,有利于系统隐蔽性要求的满足和有效数据的传输,本文对基于分层码本的隐蔽毫米波通信的发射功率优化问题进行了研究。同样采用分阶段优化方案,先对MISO场景下的隐蔽毫米波通信两个阶段的发射功率优化问题进行分析建模。进一步考虑MIMO场景的发射功率优化问题,在满足系统的隐蔽性要求的前提下,最大化系统有效可达速率。仿真结果表明,基于分层码本的隐蔽毫米波通信系统性能优于基于波束扫描的隐蔽毫米波通信系统,但两者之间的差距随着可传输符号数的增大而变小。仿真结果说明了分层码本技术可显著提高有限块长的隐蔽通信系统性能。

关键词：毫米波通信 MIMO 隐蔽通信波束成形波束训练