面向6G的卫星通信感知一体化网络及关键技术

通信感知一体化(ISAC)是6G网络的关键技术之一,而卫星通信感知一体化是其中的重要一环。探讨了卫星通感一体化网络及其关键技术,首先,详细分析了卫星通感一体化网络架构,包含相互协同的天基、空基和地基网络;随后,讨论了卫星通信感知一体化的关键技术,包括通感波束形成、通感波形设计、星间链路技术、星上处理技术和卫星天线技术;最后,探讨了若干未来研究方向,包括大规模多输入多输出(MIMO)通感一体化、空天地通感网络安全和新型天线架构,以推动6G卫星通感一体化技术的进步。

面向mMTC的ACB拥塞控制接入方案

5G三大应用场景之一的海量机器类通信(massive Machine Type Communication, mMTC)具有数据包小、功耗低、海量连接等特点,其能解决传统移动通信无法很好支持物联网及垂直行业应用的问题.针对mMTC场景下由于接入设备数量巨大造成的网络拥塞问题,本文提出了一种基于深度确定性梯度下降(Deep Deterministic Policy Gradient, DDPG)的接入等级限制(Access Class Barring, ACB)拥塞控制接入方案.在每个接入时隙,用户确定其优先级,基站采用DDPG算法为每个接入优先级设置ACB接入阻拦概率进行拥塞控制.此外,该方案允许多个用户在同一资源块上传输数据信息,基站采用迭代干扰消除(Successive Interference Cancellation, SIC)算法解码用户数据,进而提升成功接入用户数.仿真结果表明,与现有拥塞控制策略相比,所提方案能在满足用户时延需求的同时提升成功接入的用户数.

基于智能反射面辅助的无人机中继系统安全通信方法

为了提高无人机中继系统的安全通信性能,解决无线信道受障碍物遮挡问题,该文提出一种基于智能反射面(IRS)辅助的无人机(UAV)中继系统安全通信方法。在所提方法中,通过联合优化UAV的位置、基站波束成形和IRS相移,最大化系统的最小保密速率。为了解决这个复杂的非凸优化问题,该文将原问题分解为UAV位置优化子问题、波束成形和IRS相移优化两个子问题。使用1阶泰勒展开处理优化问题中的非凸项,然后提出一种交替优化的算法进行求解。仿真结果表明该文提出的算法能提高系统的最小保密速率,并且具有良好的收敛性。

基于OFDM协作中继的机会主义频谱共享协议及其最优资源分配

提出了一种基于OFDM协作中继的机会主义频谱共享协议。当主用户信道不好,不能达到其要求速率时,如果认知用户能够协作帮助主用户达到其要求速率,则该认知用户就可以以协作的方式接入主用户的频谱。在该接入方式中,认知用户利用接入频谱中的一部分子载波放大转发主用户的信息,帮助主用户达到其要求速率。然后可以利用剩余的子载波发送自己的信息。对这种接入方式中的资源分配进行了分析,利用对偶算法,提出了一种以最大化认知用户速率,保证主用户速率达到要求速率为原则的最优资源分配算法。如果认知用户不能够协作帮助主用户达到要求速率,为了有效地利用频谱资源,认知用户以非协作的方式接入主用户的频谱,利用接入的全部频谱来发送自己的信息。仿真结果验证了所提频谱共享协议的有效性,同时说明了主用户和认知用户都能够从该协议中获得好处。

OFDM固定中继系统中单中继多源用户资源分配方案

通过基站的反馈信息,一个固定中继节点可以用一个OFDM符号同时帮助多个源用户转发信息,这样可以有效地利用带宽。因此,为了进一步提高系统容量,降低中断概率,先在中继节点间进行子载波调整,然后以获取信道容量最大为原则,提出了源用户和中继节点间子载波配对和功率分配的联合优化算法。仿真结果表明,相对于随机中继子载波选择算法以及平均功率分配算法,所提算法的中继系统容量有较大提升,同时中断概率有较为明显的下降。

基于功率分配协作干扰的无线信息与能量安全协同传输方法

为了提高信息与能量协同传输系统的安全传输性能,提出一种基于功率分配协作干扰的无线信息与能量安全协同传输方法.该方法中包含一个信息发送端和信息接收端以及一个能量接收器和干扰器.由于能量接收器离信息发送端较近,很容易窃听信息发送端的信息.在接收到来自信息发送端的信息后,能量接收器利用一部分接收到的功率进行能量接收,利用另外一部分功率进行信息解码,窃听信息发送端的信息.为了保证信息发送端到接收端信息的安全传输,干扰器使用其中一根天线对来自信息发送端的信号进行能量接收,利用接收到的能量使用另一根天线发射干扰信号,对能量接收器进行信息干扰.研究该方法中如何对功率进行分配,保证能量接收器收到的能量达到要求的条件下最大化信息接收端的保密信息速率.仿真结果表明,该方法能有效提高信息与能量协同传输系统的安全性能.

运用最优化原理的新型非视距抑制无线定位算法

无线定位中非视距(NLOS)误差的存在会显著降低传统定位算法的精度,因此论文提出了一种运用最优化原理的定位算法以对抗NLOS误差。该算法适用于存在固定节点与移动节点的无线传感网系统,并结合距离加权思想将NLOS环境中的定位建模为二次规划问题,最终得到节点的最小二乘位置估计。分析表明在固定节点数量较多或者存在视距(LOS)传输固定节点时,该算法可以显著削弱NLOS误差的影响。计算机仿真证实了这一分析,其结果表明,在NLOS环境下论文所提出的算法性能优于现有其他定位算法,同时该算法还具有不受固定节点数目限制和复杂度较低等优点。

基于随机噪声调制的新型隐蔽通信系统

在无线传感器网络中,为了实现信息的隐蔽通信,提出了一种基于随机噪声调制的新型隐蔽通信系统。隐蔽通信系统的二进制消息序列调制联合正态分布噪声序列的相关系数。作为隐蔽通信系统信号的联合正态分布噪声,叠加到传统数字通信系统调制器的输出。在接收端,相关系数的估计值经过硬判决之后恢复出隐蔽系统的的二进制消息。所提出方案的关键问题,例如信道估计和符号同步,则由传统的数字通信系统解决。从理论上推导出了隐蔽通信系统的误码率。仿真结果表明,所提出的系统具有较低的误码率性能,且与理论值一致。

协作中继传输网络中基于无线供电的能量交易方法

为了让协作中继传输网络中的中继节点能够获得能量自愿协作转发源节点的信息,提高信息的传输效率,提出一种基于无线供电的能量交易方法.所提方法中包含一个源节点和目的节点以及一个中继节点和多个能源供应点(Energy Supply Points,ESP).当源节点到目的节点链路的信道质量较差时,需要中继节点帮助转发源节点的信息到目的节点.但是中继节点往往是自私的,不愿意牺牲自己的能量帮助转发别人的信息.为了使得中继节点愿意帮助转发源节点的信息,目的节点支付给周围ESP一定的报酬,以换取其通过无线供电的方式给中继节点提供能量,使得中继节点能够利用接收到的能量帮助转发源节点的信息.通过利用斯塔克尔伯格模型,研究如何对所提方法中目的节点支付给ESP的报酬和ESP提供给中继节点的能量进行优化,最大化目的节点和ESP双方的效用.仿真结果表明,本文所提的能量交易方法能够让目的节点和ESP的效用同时达到最优值,有效提高信息的传输效率.

基于稀疏表达和暗通道的图像去雾霾算法

目前,雾霾所引起的图像模糊问题,主流的算法主要都侧重于处理雾气,对于霾没有相关的处理.针对此缺陷,提出了一种联合K-SVD(K-singular value decomposition)稀疏算法和暗通道先验算法的全新算法,来克服雾霾引起的图像模糊问题.图像的处理主要分两个步骤:第一步是运用KSVD稀疏算法去除图像中的霾恢复出只含雾气的图像,第二步通过经典的暗通道算法去除图像上的层层雾气.计算机仿真结果表明,该方法对于图像的处理结果要优于FVR(Fast visiblity restoration)算法,暗通道先验算法和直方图均衡化算法.

改进的集中式协作用户选择方法

针对协作分集系统中协作用户选择方法计算复杂度较高的缺点,提出了2种改进的协作用户选择方法———信道最优方法和非互惠信道最优方法.信道最优方法首先为信道最差的用户选择一个与其信道最优的用户作为协作伙伴,两用户互相作为对方的协作伙伴转发对方的信息,并且引入了2个信噪比门限来避免不必要的协作过程;非互惠信道最优方法是为信道最差的用户选择一个信道最优的用户作为协作伙伴,为其转发信息,而该协作伙伴则另外选择一个最优的用户作为自己的协作伙伴.仿真表明,在小区内的用户数达到50以上的时候,这2种协作用户选择方法在能量增益与最差链路优先匹配算法相当的基础上,可以省略复杂度为O(N2)的计算.

基于用户公平性的抗干扰频谱接入方法

针对共存式频谱接入方法中存在干扰的问题和多认知用户无线通信系统中认知用户之间的系统资源分配不公平的现象,提出了一种基于用户公平性的抗干扰频谱接入方法.在该方法中,如果认知用户能够帮助授权用户达到目标速率,就能够获得机会接入授权用户的频谱,认知系统根据认知用户的信道条件和吞吐量选择出一个认知用户接入授权用户的频谱.认知用户接入授权用户的频谱后,利用一部分带宽转发授权用户的信息帮助其达到目标速率,然后利用剩余的带宽发送自己的信息.由于认知用户使用不同的带宽分别发送授权用户和自己的信息,所以授权用户和认知用户之间不会产生干扰.研究了认知用户如何进行带宽分配,使得在保证授权用户达到目标速率的条件下,最大化认知用户的速率,以及如何进行认知用户选择,保证认知用户频谱接入的公平性仿真结果验证了该频谱接入方法的有效性和公平性.

基于加权混合特征的话者识别算法

用多窗谱估计和伽马通滤波改进经典的梅尔倒谱特征(MFCC)的识别性能,并与delta特征相结合,提出了一种基于加权参数设置策略的混合特征话者识别算法.该算法解决了梅尔倒谱系数方差过大、听觉特征不明显及话者识别算法特征单一的问题.仿真结果表明:与MFCC和线性预测的提取方法相比,该算法鲁棒性能更优,对不同噪声环境的适应性更好.

平稳非高斯噪声参数调制系统的符号同步实现

为实现高斯信道下基于对称Alpha稳定(SαS)分布参数调制技术的数字通信系统的同步,提出了一种符号同步方法.SαS分布的几何功率性质表明:不同特征指数下的SαS分布变量具有不同的几何功率.分别计算相邻两个码元的几何功率并取其对数,得到各采样点下的几何功率的对数比,并利用峰值检测算法估计出同步点.最后通过Matlab仿真,运用几何功率估计法解调并分析系统的误码率性能,得出该系统具有良好的误码率性能.

物理层安全中无线信号强度的非均匀量化方案

利用无线信道的互易性和随机性来生成物理层安全密钥,以保护传输数据的安全性。在给定的无线信号强度高斯分布模型下,通过数值计算推导出了理论上均匀量化的密钥匹配率,指出均匀量化是一种失配率最高的量化方案。基于此,提出了一种非均匀量化方案,将信道测量的强度量化为多个比特值,并给出相应的密钥失配率。实验和仿真结果表明,所提出的非均匀量化方案优于均匀量化方案。

具有高吞吐量的可靠UDP协议

为提高RUDP协议的吞吐量性能,提出一种具有高吞吐量的改进型RUDP协议。针对RUDP协议中RTT估计器精度较低的缺点进行改进,提出一种具有动态平滑因子的高精度RTT估计方法;对RUDP协议在拥塞控制机制方面的不足做出改进,提出一种基于可用带宽估计的拥塞控制机制。OPNET仿真结果表明,改进型RUDP协议的RTT估计方法比经典Jacobson估计方法具有更高精度,在保证可靠性要求的前提下,协议吞吐量性能比TCP协议提高了17%。

信息论中信源关系的分析与启示

随着现代信息技术的发展,信息论作为通信理论和方法论得到了广泛的研究和应用,发挥着重要作用。理解信源之间的关系,可以更好地掌握信息论的基本概念和内涵,理解信息论方法。针对目前各种教材中关于信源关系论述不充分的问题,本文采用事件间关系的维恩图表示法,系统分析了信源的联合、条件和交互三种关系,及其对应的信息熵,重点阐述了其在通信系统中的各种含义和启示。

运用海伦公式的最优化非视距抑制定位算法

无线网络中非视距误差对于三边定位算法精度的影响较大。针对存在固定节点与移动节点的无线传感网络系统,提出了一种基于面积残差最小化的最优化定位算法,算法中非视距误差影响下的定位问题被建模为二次规划问题,其核心思路在于运用海伦公式构建面积残差和优化目标函数。从仿真结果可以看出在非视距误差较大或网络中固定节点较多时,本文提出的算法可以有效消除非视距误差引起的定位误差,同时本文算法还具有对节点数目要求小的优势。

基于功率分配的双向协作频谱接入方法

提出了一种基于功率分配的双向协作频谱接入方法.在该方法中,认知用户通过双向协作的方式接入授权用户频谱,使用一部分功率转发授权用户信息,帮助授权用户达到目标速率,然后使用剩余的功率发送自己的信息.该方法研究了认知用户如何对功率进行分配,在保证授权用户达到目标速率的条件下,最大化认知用户的速率.仿真结果验证了所提频谱接入方法的有效性,同时说明授权用户和认知用户都能够从所提频谱接入方法中获得好处.

基于5G无人机通信的多智能体异构网络选择方法

5G无人机通信网络和各种不同无线接入技术的结合使无线异构网络呈现多样化的发展趋势。然而,用户繁多且不同的业务请求对网络要求也不同,造成网络接入选择问题。提出了一种基于5G无人机通信的多智能体异构网络选择方法,将用户分为多个智能体,从用户端和网络端两个方面出发,将用户侧的时延和传输速率需求与网络侧的负载均衡需求综合考虑作为即时回报的相关参数,通过基于Nash Q-Learning的算法进行学习,得到异构网络环境下的网络选择决策模型。仿真结果表明,所提异构网络选择方法针对不同业务类型用户的需求均能选择合适的网络,同时均衡网络的负载,充分利用异构无线网络的资源。