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无线携能通信系统中基于能量获取比例公平的波束成形设计

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物理学报 2015年第2期64卷 391-400页

作者：张海洋黄永明杨绿溪东南大学信息科学与工程学院南京210096

针对无线携能通信系统中存在能量获取不均衡的问题,提出了一种基于能量获取比例公平的波束成形设计方案.该方案在满足信息接收者的信干噪比以及发送端的最大发送功率等约束条件的基础上,通过优化波束矢量实现能量获取的比例公平.此设计... 详细信息

针对无线携能通信系统中存在能量获取不均衡的问题,提出了一种基于能量获取比例公平的波束成形设计方案.该方案在满足信息接收者的信干噪比以及发送端的最大发送功率等约束条件的基础上,通过优化波束矢量实现能量获取的比例公平.此设计在数学上是一个很难直接求解的非凸优化问题.为此,本文首先利用半定松弛技术将其转换为半定规划问题,然后结合二分法提出了可以获得最优波束矢量的迭代算法.此外,在发送端仅知道部分信道状态信息且知道信道误差范围的情况下,采用最差性能最优的方法对原优化问题进行了鲁棒波束成形设计,并提出了相应的迭代算法.仿真结果表明所提算法均可实现能量获取的比例公平且性能达到全局最优.

关键词：无线携能通信波束成形能量获取半定松弛

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基于波束成形的空海协同网络高谱效通信优化

基于波束成形的空海协同网络高谱效通信优化

作者：刘琳大连海事大学

学位级别：硕士

航运业的蓬勃发展,给船舶污染监测和航行安全保障工作带来挑战,空天地海一体化网络则为航道监测提供新的发展方向。无人船(Unmanned Surface Vehicle,USV)与无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)凭借其灵活可控、可搭载通信设备等优点,... 详细信息

航运业的蓬勃发展,给船舶污染监测和航行安全保障工作带来挑战,空天地海一体化网络则为航道监测提供新的发展方向。无人船(Unmanned Surface Vehicle,USV)与无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)凭借其灵活可控、可搭载通信设备等优点,成为了空地一体化网络中的关键角色。此外,面对海上有限带宽无法提供高速率、低成本的通信服务这一现状,波束成形技术提供了一种高效可靠的通信方式,能够将能量聚焦在预期的方向上,在不增加硬件成本的前提下满足系统信息传输速率需求。为此,本文提出了一种基于波束成形的USV-UAV协同网络,研究UAV中继的联合位置部署和波束成形(Beamforming and Location Deployment Optimization,BLDO)设计问题。针对BLDO问题中变量相互耦合且维度较高的挑战,本文提出了一种基于理想波束成形的分解策略。该策略将BLDO问题分解为两个子问题,即UAV位置部署和波束增益分配(Position Deployment and Beam Gain Allocation,PDBGA)子问题以及基于UAV位置的波束成形(Beamforming Design with UAV Position Deployment,BDUPD)设计子问题。此外,考虑到海洋环境对无人机的稳定性影响,改进了抗抖动波束成形(Adaptive Anti Jitter Beamforming,AAJB)。具体研究内容如下:首先,针对PDBGA子问题,我们提出了一种联合部署和增益分配优化方案,旨在满足USV数据采集速率阈值的前提下,最大化系统信息可达和速率。本文设计了基于拉格朗日乘子的迭代搜索算法(Iterative Search Algorithm Based on Lagrange Multiplier,LMIS),利用交替方向乘子法和注水算法进行多次迭代来求解最优解。仿真结果表明,LMIS算法能够实现UAV的快速部署,相比于其他方案获得更高的信息可达和速率。其次,针对BDUPD子问题,我们设计一种有限分辨率模拟波束成形,旨在实现USV阵列增益之和的最大化。为应对高维问题的非凸约束和“维度诅咒”缺陷,本文提出了一种基于边界松弛的微粒子群算法(Micro-particle Swarm Algorithm Based on Boundary Relaxation,BR-μPSO)进行求解。仿真结果表明,所提出的有限分辨率模拟波束成形优于单天线结构和随机波束成形策略,且BR-μPSO算法在收敛速度和系统频谱效率方面都有显著的性能提升。最后,考虑到海上环境恶劣会引起UAV抖动从而导致波束偏差,针对AAJB子问题,本文设计了自适应的社会学习微粒子群算法,通过多次DOA估计自适应优化波束域宽度,有效提高系统频谱效率。

关键词：航道巡航 UAV位置部署波束成形

基于硬件损伤的MIMO异构网络波束成形算法

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电子与信息学报 2021年第12期43卷 3571-3579页

作者：徐勇军谢豪陈前斌刘期烈重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065 移动通信技术重庆市重点实验室重庆400065

由于多输入多输出(MIMO)异构网络能够提高系统容量和实现更多的用户接入,因此受到了学术界和工业界的广泛关注,从而成为下一代通信系统的关键技术之一。然而,由于放大器非线性、相位噪声和I/Q不均衡等因素的影响,这类硬件损伤成为制约当... 详细信息

由于多输入多输出(MIMO)异构网络能够提高系统容量和实现更多的用户接入,因此受到了学术界和工业界的广泛关注,从而成为下一代通信系统的关键技术之一。然而,由于放大器非线性、相位噪声和I/Q不均衡等因素的影响,这类硬件损伤成为制约当前MIMO异构网络波束成形性能进一步提升的瓶颈。为了解决该问题,该文提前将硬件损伤考虑到MIMO异构网络波束成形算法设计当中。首先,考虑了每个基站的最大发射功率约束和每个用户的最小信干噪比约束,建立了一个含硬件损伤参数的系统总能耗最小的资源优化问题。其次,利用等价变换和半正定松弛方法,将原非凸问题转化为凸优化问题进行求解。仿真结果表明,与完美硬件条件下的波束成形算法对比,所提算法具有较好的抗硬件损伤能力和较低的中断概率。

关键词：异构网络多输入多输出硬件损伤波束成形能耗最小化

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多小区蜂窝网络波束成形优化策略

电子与信息学报 2014年第8期36卷 1779-1785页

作者：王达张晓宁依那项海格金野北京大学信息科学技术学院北京100871

为了克服多小区的邻小区干扰问题,该文在多小区蜂窝网络中,研究了多小区多用户下行协同传输技术。该文提出一种联合优化基站和中继的波束成形权重的迭代算法,在基站和中继总功率限制下最大化最差用户接收信干噪比(Signal-to-Interferenc... 详细信息

为了克服多小区的邻小区干扰问题,该文在多小区蜂窝网络中,研究了多小区多用户下行协同传输技术。该文提出一种联合优化基站和中继的波束成形权重的迭代算法,在基站和中继总功率限制下最大化最差用户接收信干噪比(Signal-to-Interference-and-Noise Ratio,SINR)。该文提出的联合优化波束成形策略,可以应用半正定松弛技术(Semi-Definite Relaxation,SDR)得到有效的解决。仿真表明,在多小区通信系统中,该文提出的迭代算法只需要少量的迭代次数就可以达到近似最优性能,并且在性能和资源消耗之间给出一种折中的传输策略。

关键词：无线通信多小区系统中继传输波束成形最大化最差信干噪比

智能反射面辅助下行NOMA网络功率最小化研究

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重庆理工大学学报（自然科学） 2024年第3期38卷 300-307页

作者：刘泽宇王鸿南京邮电大学通信与信息工程学院南京210003

针对智能反射面(intelligent reflecting surface,IRS)辅助下行多天线非正交多址接入技术(non-orthogonal multiple access,NOMA)系统开展研究,根据用户解码顺序、基站波束成形矢量和IRS相移矩阵建立基站的发送功率最小化模型。通过用... 详细信息

针对智能反射面(intelligent reflecting surface,IRS)辅助下行多天线非正交多址接入技术(non-orthogonal multiple access,NOMA)系统开展研究,根据用户解码顺序、基站波束成形矢量和IRS相移矩阵建立基站的发送功率最小化模型。通过用户组合信道强度的顺序得到最优用户解码顺序,利用交替优化方法设计最优波束成形矢量与相移矩阵。设计波束成形矢量时通过数学变换,将原本复杂的非凸优化问题转化为二阶锥规划(second order cone programming,SOCP)问题进行求解;优化相移矩阵时采用顺序相位旋转法来求解最优相移。仿真结果表明:在满足用户服务质量的条件下,所提出的设计方案可以显著降低基站的发送功率。

关键词：智能反射面非正交多址发送功率相位偏移波束成形

面向手机直连的星载相控阵:关键技术与未来展望

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电信科学 2024年第4期40卷 30-42页

作者：焦凌霄李文静童建飞李记锋上海卫星互联网研究院有限公司上海200120 上海市卫星互联网重点实验室上海200120

手机直连卫星通信传输距离远、链路损耗大的特点,对星载相控阵的能力提出了新要求。通过分析手机直连卫星场景的实际需求,概述了不同波束成形架构的优劣,提出了合适的波束成形架构选择策略,探讨了频分双工体制下双频共口径圆极化天线阵... 详细信息

手机直连卫星通信传输距离远、链路损耗大的特点,对星载相控阵的能力提出了新要求。通过分析手机直连卫星场景的实际需求,概述了不同波束成形架构的优劣,提出了合适的波束成形架构选择策略,探讨了频分双工体制下双频共口径圆极化天线阵设计,阐述了星载相控阵堆叠集成架构和芯片关键工艺技术。给出了在手机直连卫星场景下,星载相控阵未来的发展方向和关键技术路径。

关键词：手机直连卫星相控阵波束成形天线阵

基于流形优化的RIS辅助通感一体化系统传输方案设计

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无线电通信技术 2024年第3期50卷 555-563页

作者：陆謇刘陈宋云超黄钲高天宝南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子(未来技术)学院江苏南京210003

针对可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface,RIS)辅助通感一体化(Integrated Sensing and Communication,ISAC)系统中的有源和无源波束成形联合设计问题,提出基于流形优化的用户和速率最大化联合设计方案。该方案以最大化... 详细信息

针对可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface,RIS)辅助通感一体化(Integrated Sensing and Communication,ISAC)系统中的有源和无源波束成形联合设计问题,提出基于流形优化的用户和速率最大化联合设计方案。该方案以最大化用户通信和速率为目标,考虑RIS反射系数恒模约束、基站最大发射功率约束以及发射波束感知性能约束,建立流形约束下的有源和无源波束成形联合优化问题模型。针对建立的非凸优化问题,利用流形优化求解非凸约束问题的优势,提出一种基于流形优化的交替算法(Manifold Optimization-based Alternating Algorithm,MO-AA)对问题进行求解。仿真结果表明,在ISAC系统中部署RIS可提高通信服务质量,且所提算法较现有算法具有更高的通信和速率。

关键词：通感一体化可重构智能表面波束成形流形优化

高铁场景下有源智能超表面辅助的能效优化研究

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电信科学 2024年第5期40卷 38-48页

作者：丁青锋邹志祥华东交通大学电气与自动化工程学院江西南昌330013

针对高铁场景中无源智能超表面(reconfigurable intelligent surface,RIS)引入的“乘性衰落”效应问题,一种有效解决办法是部署有源RIS。然而,传统的有源RIS全连接架构中大量有源元件会导致过高的硬件成本和功耗,因此提出一种有源RIS子... 详细信息

针对高铁场景中无源智能超表面(reconfigurable intelligent surface,RIS)引入的“乘性衰落”效应问题,一种有效解决办法是部署有源RIS。然而,传统的有源RIS全连接架构中大量有源元件会导致过高的硬件成本和功耗,因此提出一种有源RIS子连接架构,旨在满足车地通信中传输速率要求的同时兼顾系统的能量效率。首先,基于高铁场景的特殊性建立有源RIS辅助多用户的系统模型;其次,考虑基站最大发射功率约束、有源RIS发射功率约束和有源RIS相移矩阵约束,提出系统能量效率最大化问题,并通过使用分式规划理论中的拉格朗日对偶变换和二次变换,将上述非凸问题转化为凸优化问题;最后,提出一种联合发射波束成形和有源RIS相移矩阵的交替优化算法。仿真结果表明,相比传统无源RIS和有源RIS全连接架构方案,所提方案能有效解决“乘性衰落”问题,并且在满足用户传输速率的同时实现更高的能量效率。

关键词：高速列车智能超表面子连接结构波束成形能量效率

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一种分布式多点协同波束成形和用户调度算法

电子与信息学报 2012年第5期34卷 1131-1136页

作者：何世文黄永明杨绿溪东南大学教育部水声信号处理重点实验室南京210096 东南大学信息科学与工程学院南京210096

为了高效实现多点协同下行链路的协同传输,该文基于最大化最小信干噪比准则提出了一种单层迭代分布式协同波束成形算法,并且证明了该算法的全局收敛性;利用该算法中优化波束的特征,进而提出了一种分布式协同用户调度算法。仿真结果表明... 详细信息

为了高效实现多点协同下行链路的协同传输,该文基于最大化最小信干噪比准则提出了一种单层迭代分布式协同波束成形算法,并且证明了该算法的全局收敛性;利用该算法中优化波束的特征,进而提出了一种分布式协同用户调度算法。仿真结果表明,所提分布式协同波束成形和用户调度算法可获得明显优于已有算法的最小信干噪比性能,且只需要很少量的基站间信息交互。

关键词：信号处理多点协同波束成形最大化最小信干噪比用户调度