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基于硬件损伤的认知反向散射通信网络鲁棒安全资源分配算法

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电子与信息学报 2024年第2期46卷 652-661页

作者：徐勇军姜思巧张海波王正强周继华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 航天新通科技有限公司重庆401332

为了提高反向散射通信网络频谱效率、传输鲁棒性及信息安全性,该文提出一种基于硬件损伤的认知反向散射通信网络鲁棒安全资源分配算法。首先,考虑认知反向散射用户的最小安全速率、传输时间、能量收集和反射系数等约束,基于有界信道不... 详细信息

为了提高反向散射通信网络频谱效率、传输鲁棒性及信息安全性,该文提出一种基于硬件损伤的认知反向散射通信网络鲁棒安全资源分配算法。首先,考虑认知反向散射用户的最小安全速率、传输时间、能量收集和反射系数等约束,基于有界信道不确定性和频谱感知误差模型,建立一个多变量耦合的吞吐量最大化非凸资源分配问题。其次,利用最坏准则、连续凸近似和交替优化方法,将原问题转换为凸优化问题,并提出一种基于迭代的鲁棒资源分配算法。仿真结果表明,与现有算法对比,所提算法具有较好的鲁棒性。

关键词：认知反向散射通信鲁棒资源分配硬件损伤安全通信频谱感知误差

硬件损伤下IRS辅助的SWIPT系统安全波束成形设计

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小型微型计算机系统 2024年第7期45卷 1741-1748页

作者：董洋帆李陶深葛志辉广西大学计算机与电子信息学院南宁530004 南宁学院信息工程学院南宁530200

为了提高无线携能通信(Simultaneous Wireless nformation and Power Transfer,SWIPT)通信系统的安全性,同时克服系统收发机硬件损伤(Hardware Impairments,HIs)的影响,提出一种硬件损伤下的智能反射面(Intelligent Reflecting Surface,IRS)辅助的SWIPT系统安全波束成形设计方法.考虑能量接收设备为潜在的窃听者,在基站最大发射功率、最小接收能量和IRS相移约束下,通过联合优化基站波束赋形矢量、人工噪声矢量和IRS的相移矩阵,构建系统安全速率最大化问题.针对该优化问题是非凸的,且优化变量是耦合的,提出一种基于交替优化和半正定松弛的有效算法来次优地解决该问题.仿真结果表明,本文所提算法能够在保障能量需求的同时,提升系统的安全性和抗硬件损伤能力.

关键词：硬件损伤智能反射面无线携能通信安全波束成形安全速率

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基于硬件损伤和非完美CSI的IRS辅助NOMA网络鲁棒传输算法

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物联网学报 2024年第1期8卷 60-70页

作者：刘期烈方家成辛雅楠陈前斌重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065

为提升非正交多址接入(NOMA,non-orthogonal multiple access)网络的鲁棒性并减少其能量消耗,考虑了收发器的硬件损伤(HWI,hardware impairment)和非完美的信道状态信息(CSI,channel state information),提出了智能反射面(IRS,intelligent reflecting surface)辅助的NOMA网络传输功率最小化算法。考虑了用户服务质量(QoS,quality of service)约束、串行干扰消除约束以及IRS的反射相移约束,基于HWI和非完美CSI建立了基站主动波束成形和IRS被动波束成形联合优化问题模型。为求解该非凸优化问题,首先利用线性近似和S-Procedure方法对QoS约束进行转换,然后将优化问题分解为两个子问题,并且利用逐次凸逼近(SCA,successive convex approximation)方法求解主动波束成形子问题,利用惩罚凸凹过程算法求解被动波束成形子问题,最后利用交替优化将子问题交替迭代得到最终解。仿真结果表明,在传输功率方面,所提算法比正交多址鲁棒算法降低了17.05%;在系统鲁棒性方面,所提算法相较于HWI鲁棒算法和CSI鲁棒算法,分别提升了20.69%和31.14%。

关键词：智能反射面非正交多址接入硬件损伤信道状态信息鲁棒性

硬件损伤下IRS辅助下行NOMA短包通信性能分析

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通信学报 2023年第11期44卷 237-248页

作者：袁磊徐婧莫名秀雷妍兰州大学信息科学与工程学院甘肃兰州730000

分析了莱斯信道下硬件损伤对采用非正交多址接入的智能反射表面(IRS)辅助下行两用户短包通信(SPC)系统性能的影响。IRS利用统计信道状态信息进行相位调整。首先,利用中心极限定理、矩匹配方法、SPC相关理论及高斯−切比雪夫正交积分法推... 详细信息

分析了莱斯信道下硬件损伤对采用非正交多址接入的智能反射表面(IRS)辅助下行两用户短包通信(SPC)系统性能的影响。IRS利用统计信道状态信息进行相位调整。首先,利用中心极限定理、矩匹配方法、SPC相关理论及高斯−切比雪夫正交积分法推导了两用户平均块错误率的解析表达式;其次,在用户可靠性约束下利用二分法和一维搜索算法给出了最优功率分配方案来最小化系统传输时延;最后,仿真结果验证了理论分析的正确性并显示硬件损伤对SPC的影响比长包通信更加显著。

关键词：硬件损伤智能反射表面非正交多址接入短包通信统计信道状态信息

硬件损伤下NOMA-MEC网络性能分析和优化

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北京邮电大学学报 2023年第2期46卷 64-70页

作者：班嘉阳叶迎晖卢光跃徐瑞西安邮电大学陕西省信息通信网络及安全重点实验室西安710121

在基于非正交多址(NOMA)边缘计算(MEC)网络的研究中,忽略了收发机可能存在硬件损伤的情况。但是,硬件损伤对NOMA-MEC网络的计算性能具有一定的影响。因此,在由2个边缘用户和一个边缘服务器构成的NOMA-MEC网络中,利用随机过程等知识推导... 详细信息

在基于非正交多址(NOMA)边缘计算(MEC)网络的研究中,忽略了收发机可能存在硬件损伤的情况。但是,硬件损伤对NOMA-MEC网络的计算性能具有一定的影响。因此,在由2个边缘用户和一个边缘服务器构成的NOMA-MEC网络中,利用随机过程等知识推导出在任意给定硬件损伤参数条件下的任务成功计算概率。在此基础上,通过优化部分卸载策略和用户发射功率等参数使任务成功计算概率最大化,并求得优化问题最优解的闭合表达式。仿真实验结果表明,当NOMA用户的发射功率无限大时,成功计算概率趋向一个常数且该常数小于1;用户任务的成功计算概率会随着损伤参数的增加而降低。

关键词：硬件损伤非正交多址边缘计算成功计算概率

基于硬件损伤的异构网络鲁棒安全资源分配算法

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电子与信息学报 2023年第1期45卷 243-253页

作者：徐勇军曹奇万杨亮周继华赵涛陈前斌重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065 复杂环境通信重庆市重点实验室重庆400031 95696部队重庆400030 航天新通科技有限公司重庆401332

针对多蜂窝多用户异构网络中收发机处信号畸变、用户信息泄露和传输中断等问题,该文提出一种基于硬件损伤的异构网络鲁棒安全资源分配算法。考虑小蜂窝用户最小安全速率约束、小蜂窝基站最大发射功率约束和宏用户干扰功率约束,建立了基... 详细信息

针对多蜂窝多用户异构网络中收发机处信号畸变、用户信息泄露和传输中断等问题,该文提出一种基于硬件损伤的异构网络鲁棒安全资源分配算法。考虑小蜂窝用户最小安全速率约束、小蜂窝基站最大发射功率约束和宏用户干扰功率约束,建立了基于有界信道不确定性的能效最大化资源分配模型。基于Dinkelbach法、最坏准则法和连续凸近似理论,将原非凸资源分配问题等价转换为凸优化问题,并利用拉格朗日对偶算法得到解析解。仿真结果表明,与现有算法相比,所提算法具有较好的能效和鲁棒性。

关键词：异构网络鲁棒资源分配硬件损伤物理层安全

基于硬件损伤的智能反射面辅助安全通信系统能效优化算法

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电子与信息学报 2022年第7期44卷 2349-2357页

作者：高俊鹏周继华赵涛徐勇军赵瑞莉重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065 航天新通科技有限公司重庆401332 复杂环境通信重庆市重点实验室重庆400030

为了克服阴影衰落和障碍物阻挡的影响,智能反射面(IRS)已经成为一种提高无线通信系统能量效率(EE)和降低硬件成本的有效技术。然而,传统无线资源分配(RA)算法忽略了系统收发机硬件损伤(HIs)的影响,由于放大器非线性、相位噪声的影响使... 详细信息

为了克服阴影衰落和障碍物阻挡的影响,智能反射面(IRS)已经成为一种提高无线通信系统能量效率(EE)和降低硬件成本的有效技术。然而,传统无线资源分配(RA)算法忽略了系统收发机硬件损伤(HIs)的影响,由于放大器非线性、相位噪声的影响使得接收信号失真,从而使得这类算法的系统性能下降。为解决该问题,通过考虑收发机的硬件损伤和网络窃听者的影响,该文研究基于硬件损伤的IRS辅助安全通信系统能效优化问题。首先,基于基站的最大发射功率约束和用户的最小安全速率约束,建立一个含硬件损伤的能效最大资源优化问题。其次,采用辅助变量替换、半正定松弛以及Dinkelbach等方法,将原非凸问题转化为凸问题进行求解。最后,数值仿真结果表明,该算法与传统资源分配算法相比,合法用户的平均中断概率降低了43.5%,该算法中系统的安全能效提高了8.3%,因此,该算法具有较好的抗硬件损伤性和安全性。

关键词：安全通信智能反射面能效最大化硬件损伤

硬件损伤下IRS辅助的SWIPT系统安全波束成形设计

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小型微型计算机系统 2023年

作者：董洋帆李陶深葛志辉南宁学院信息工程学院广西大学计算机与电子信息学院

为了提高无线携能通信（Simultaneous Wireless Information and Power Transfer， SWIPT）通信系统的安全性，同时克服系统收发机硬件损伤（Hardware Impairments， HIs）的影响，提出一种硬件损伤下的智能反射面（Intelligent Reflecting Surface， IRS）辅助的SWIPT系统安全波束成形设计方法。考虑能量接收设备为潜在的窃听者，在基站最大发射功率、最小接收能量和IRS相移约束下，通过联合优化基站波束赋形矢量、人工噪声矢量和IRS的相移矩阵，构建系统安全速率最大化问题。针对该优化问题是非凸的，且优化变量是耦合的，提出一种基于交替优化和半正定松弛的有效算法来次优地解决该问题。仿真结果表明，本文所提算法能够在保障能量需求的同时，提升系统的安全性和抗硬件损伤能力。

关键词：硬件损伤智能反射面无线携能通信安全波束成形安全速率

智能反射面增强的全双工环境反向散射通信系统波束成形算法

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电子与信息学报 2024年第3期46卷 914-924页

作者：张晓茜徐勇军吴翠先黄崇文重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065 数智化通信新技术应用研究中心重庆400065 移动通信技术重庆市重点实验室重庆400065 浙江大学信息与电子工程学院杭州310007

当前传统环境反向散射通信存在双重衰落、障碍物阻挡和网络容量有限的问题。智能反射面(RIS)作为6G的关键候选技术因能够主动改善信号传输质量、提升通信系统传输性能而备受关注。为此,该文将RIS与全双工技术引入到环境反向散射通信系统... 详细信息

当前传统环境反向散射通信存在双重衰落、障碍物阻挡和网络容量有限的问题。智能反射面(RIS)作为6G的关键候选技术因能够主动改善信号传输质量、提升通信系统传输性能而备受关注。为此,该文将RIS与全双工技术引入到环境反向散射通信系统,研究了考虑硬件损伤与RIS离散相移的RIS增强全双工环境反向散射通信系统波束成形算法。首先,考虑反射节点最小能量收集与服务质量约束、功率站最大发射功率约束和RIS相移约束,建立了总发射功率最小的波束成形优化问题。然后,利用交替优化、半正定松弛、变量替换、半正定规划将原非凸问题转化成可求解的凸优化问题。最后,仿真结果表明,所提算法比传统波束成形方法平均功耗降低了7.8%。

关键词：环境反向散射通信智能反射面资源分配硬件损伤