认知星⁃地融合无线网络中的波束形成算法研究

研究了认知星⁃地融合无线网络中的波束形成算法,存在地面窃听用户的卫星无线网络为主网络,地面蜂窝网络为次级网络,二者一起构成频谱共享的认知星⁃地融合无线网络。在认知星⁃地融合无线网络中,假设所有节点的信道状态信息完全已知。首先,以系统发射功率最小化为目标函数,卫星主用户的可达安全速率和次级用户的通信速率满足要求为约束条件建立优化问题。其次,利用迫零波束形成算法、门限值替代算法和黄金分割算法分别将原始非凸的优化问题转化为满足凸形式的优化问题,并通过半正定规划方法求解出优化问题的最优解。最后,计算机仿真结果验证了黄金分割算法具有更高的有效性及优越性。

混合卫星-地面无线网络中的安全速率最大化问题

本文研究了存在窃听情况下混合卫星-地面无线通信网络中的安全速率最大化问题,卫星网络作为主网络,地面蜂窝网络作为次级网络,二者一起构成混合卫星-地面无线网络。在混合网络中假设所有节点的信道状态信息完全已知,同时卫星主网络与存在地面窃听用户的地面次级网络频谱共享。首先,基于安全速率最大化准则,以卫星主用户安全速率最大化为目标函数,地面次级用户的信干噪比门限和地面基站的发射功率满足要求为约束条件建立优化问题。其次,为了更好地求解优化问题,本文利用了基于变量替换和泰勒估计的迭代算法将原始非凸的优化问题转化为便于求解的半正定规划且满足凸形式的优化问题,并通过标准的数学工具包得到优化问题的最优解。最后,计算机仿真结果证实了所提算法的有效性及可行性。

混合卫星-地面无线网络中的波束形成算法

针对混合卫星-地面无线通信网络的物理层安全问题,提出了一种能提升系统安全容量的波束形成算法。在混合网络中,包含窃听者的卫星网络作为主网络与地面次级网络频谱共享。首先,建立基于地面基站发射功率最小化准则,同时主用户的安全容量和次级用户的通信容量满足要求的优化问题。其次,利用约束条件转化和半正定松弛(SDR)方法得到满足凸形式的优化问题,并通过半正定规划方法求解出权矢量。最后,计算机仿真结果验证了所提出的波束形成算法的有效性及优越性。

认知星地网络中鲁棒多目标优化安全波束形成算法

在认知星地网络中,对于系统多个目标之间的物理层安全问题,提出了基于鲁棒多目标的安全波束成形算法。首先,在满足用户最小可达安全速率约束和基站最大发射功率限制的约束下,研究了基站总发射功率最小化和次级用户可达安全速率最大化的联合优化问题。然后,考虑到不完全的信道状态信息的实际假设,提出了基于加权切比雪夫方法的多目标鲁棒波束成形方案。其次,通过利用半正定规划和泰勒级数展开等方法将非凸的优化问题转化为具有线性矩阵不等式的线性问题,来获得最优权向量和人工噪声向量,从而得到了两个冲突问题之间的资源分配策略的帕累托最优集。最后,仿真实验的数值结果验证了所提出算法的有效性和优越性。