RIS辅助的MISO系统安全鲁棒波束赋形算法

为解决无线信道开放性导致的信息传输安全及信道估计误差等不确定性带来的系统传输性能恶化问题,该文提出一种存在用户窃听的可重构智能超表面(RIS)辅助多输入单输出(MISO)系统的Charnes-Cooper鲁棒波束赋形算法。针对窃听用户建立有界信道不确定性模型,并通过约束最大发射功率以及RIS相移,联合优化基站波束和RIS相移来最大化用户保密率。为求解该非凸问题,首先通过变量替换、Charnes-Cooper方法和S-procedure方法将其转换为凸优化问题,进而采用间接交替优化耦合变量来获得鲁棒波束赋形矩阵和RIS相移。仿真结果表明,该文提出的基于RIS的联合优化算法具有更好的用户保密率和鲁棒性。

Ergodic secrecy capacity of MRC/SC in single-input multiple-output wiretap systems with imperfect channel state information

在物理层中,本文研究了存在信道估计误差的最大比合并/选择合并的保密容量性能。在一个单输入多输出窃密信道中,信源向一个装备M根接收天线并采用最大比合并/选择合并技术处理多径信号的信宿发送保密信息。与此同时,一个窃密者装备N根接收天线并采用最大比合并/选择合并技术来提高窃密的成功率。我们分别推导了两种情况下遍历保密容量的精确和近似闭式表达式:(1)最大比合并带有信道估计误差;(2)选择合并带有信道延迟。此外,本文得到了高信噪比斜率和高信噪比功率补偿两个重要的参数,它们在高信噪比条件下决定了遍历保密容量。最后,本文通过仿真分析验证了所得到的闭式表达式的准确性。

下行链路MUs-MISO系统URLLC的求和传输率最大化波束形成优化研究

研究了一个下行链路多用户(multi-users,MUs)多输入单输出(multiple-input single-output,MISO)超可靠低时延通信(ultra-reliable low latency communication,URLLC)系统。首先,以最大化系统的求和传输速率为目标,提出了基站(base sta⁃tion,BS)波束形成的设计优化问题;其次,该设计被公式化为一个非凸优化问题,提出了一种计算高效的逐次凸近似(succes⁃sive convex approximation,SCA)迭代算法来获得该问题的次优解;最后,在不同发射总功率、BS端天线数、传输带宽和传输时间下,通过广泛的仿真分析了该算法的性能。仿真结果表明:所提算法的性能逼近于Shannon传输率。

TDD系统中不准确的CSI对MISO传输的影响

在时分双工(TDD)多输入单输出(MISO)系统中,发送机通过信道估计获得信道状态信息(CSI),根据信道互易性可用其计算发送波束成形(TBF)的加权向量。然而,由于信道估计和TDD的收发机时延,CSI可能会不准确。通过推导接收机误比特率(BER)与CSI的闭合表达关系,分析了不准确的CSI对接收机性能的影响。最后用数值仿真验证了性能分析的正确性。

MIMO与MISO雷达定位精度分析

在某些应用中需要使小型机动接收平台(飞机或舰船)对目标进行定位,该文利用基站阵列辅助小型机动平台定位目标,可构成多输入多输出(MIMO)和多输入单输出(MISO)两种工作模式。文中建立了几何模型,并分别在这两种模式下推导了目标相对定位精度的几何稀释(GDOP)的计算公式,分析了两种模式下影响GDOP的各种因素。仿真结果证明,MIMO模式下,目标的相对定位精度与目标方位角和小型机动平台位置均无关;阵列天线数目较大或小型机动平台离目标较远时,MIMO模式的定位精度高于MISO模式;当阵列天线数目较小且小型机动平台离目标较近时,MISO模式的定位精度高于MIMO模式。

MISO超宽带系统的性能分析

为降低接收机的复杂度,减少多径衰落的影响,建立了MISO(Multiple-Input Single-Output)超宽带系统模型。该系统模型采用多天线发射,以最大比合并方式分配发射功率,并对每个天线发射的信号进行预处理,在接收端采用单一天线接收的MISO-UWB(Multiple-Input Single-Outputt-Ultra Wideband),给出了该系统性能分析。该接收方法不仅利用了Pre-Rake分集技术,而且利用了天线分集,在保持接收机复杂度较低的同时,有效地提高了接收机性能。仿真结果表明,该方法与传统的Rake接收机及采用单一发射天线的Pre-Rake系统相比,接收性能有明显改善。

基于瑞利衰落信道的SIMO-HPO-CDSK混沌通信方案及其性能分析

本文提出单输入多输出高速率相位正交CDSK (single-input-multiple-output high-data-rate phase-orthogonality correlation-delay-shift-keying,SIMO-HPO-CDSK),在接收端设置多天线获得分集增益。采用正交载波调制相同时隙的2个比特信息,获得高传输速率且无信号内干扰,瑞利衰落信道下分析性能和仿真。结果表明:SIMO-HPO-CDSK系统误码率随着接收端天线数量增加而下降;在接收方天线数量相同的条件下,由于没有无信号内干扰,与DCSK (differential chaos shift keying),CDSK和高效DCSK (high-efficiency-DCSK)相比,该方案具有出色的误码率性能;与PO-CDSK (phase-orthogonality CDSK)相比,由于同步传输2个比特,该方案频谱利用率提高一倍。

基于瑞利衰落信道的MISO-CDSK通信方案及其性能分析

为了提高混沌通信的可靠性,提出多输入单输出相关延迟键控(MISO-CDSK),并且推导出该方案基于瑞利衰落信道的误码率公式。通过在发射端设置多根独立的天线,该方案能够克服信道衰落问题。理论分析和仿真表明:与CDSK相比,MISO-CDSK误码性能更好;对于给定的平均信道增益,该方案误码率随着Eb/N0值的增加而降低;对于给定的Eb/N0值,该方案误码率随着平均信道增益的增加而降低;对于不同的Eb/N0值,选择合理的扩频因子能够实现该方案误码性能最优化。

基于Rayleigh衰落信道下MISO-MU-CSDCSK通信系统性能分析

基于传统多用户差分混沌移位键控(multiuser differential chaos shift keying,MU-DCSK)存在码间干扰而导致误码性能较高问题,提出了一种多用户循环移位差分混沌移位键控(multiuser cyclic shift differential chaos shift keying,MU-CSDCSK)通信系统。该系统根据用户数量将参考信号均分为N段并进行循环移位来传输不同用户,并利用Walsh码确保各用户传输信号严格正交。为进一步提高误码率性能,又深入分析了多输入单输出多用户循环移位差分混沌移位键控(multiple input single output-MU-CSDCSK,MISO-MU-CSDCSK)。推导了在Rayleigh衰落信道下的误码率公式并进行仿真。结果表明,该系统能够有效的改善误码性能,具有应用价值。

MISO窃听系统中的恶意导频干扰检测

在一个三节点多输入单输出(Multi-Input Single-Output,MISO)窃听系统中,当窃听方在信道估计阶段发送恶意导频信号来干扰信道估计时,合法通信的保密性受到严重威胁。针对该安全问题,提出了基于估计信道协方差和基于接收信干比两种恶意导频干扰检测方案。首先概述基于估计信道协方差的恶意导频干扰检测方案原理,推导该方案下检测概率和虚警概率的解析表达式;其次给出基于接收信干比的恶意导频干扰检测方案机制及其检测概率和虚警概率的具体表达式,并通过理论分析对比得出基于估计信道协方差的检测方案性能较优;最后通过数值仿真对比分析了两种方案的干扰检测性能。

多用户MISO系统中的最优机会多波束技术

机会波束技术通过形成随机波束达到了与信道奇异值分解相同的吞吐量,不需要准确地信道状态信息,反馈量少。在正交波束提供的复用增益与各波束间的干扰间折衷而需要最优的发射波束数,为了获得不同情况下的最优波数个数,该文采用数值分析的方法,分析了多用户多输入单输出机会波束系统中选择不同发射波束个数时的容量,通过比较不同波束个数时系统的容量,得到最优发射波束个数。结果表明,最佳波束的个数随用户数增加而加大,随平均信噪比增加而下降。

基于优化ZFBF的认知MISO系统中的用户选择算法

为提高认知无线电多输入单输出（cognitive radio multiple input single output, CRMISO）系统传输速率，给出一种基于波束成形的用户选择算法。假设信道状态信息已知，算法采用零空间理论消除对主用户（primary user, PU）干扰和优化迫零波束成形（zeroforcing beamforming, ZFBF）技术消除认知用户（cognitive user, CU）间干扰。考虑发射功率限制，依次选择CU进行注水功率分配实现最大化系统传输速率。此外，在迭代中采用正交三角分解（orthogonal triangular decomposition, LQ）减少算法复杂度。数值分析表明，本算法系统的传输速率与PU的干扰门限大小无关，且比采用近正交用户选择算法的系统传输速率高4~6bps/Hz。当发射功率限制为10 dB时，在相同条件下使用优化ZFBF的传输速率比使用ZFBF的传输速率高约1 bps/Hz。

双基MISO地波雷达中的距离-方位耦合及解耦研究

双基多输入单输出(multiple input single output,MISO)地波雷达采用岸基均匀线阵发射多载频线性调频中断连续波FMICW信号,单根全向天线接收回波信号。由于各发射阵元所用载频不同,目标回波中存在距离-方位耦合。耦合严重时,空时超分辨算法将失效。借鉴比幅单脉冲测角思想,推导了该耦合关系,得到耦合系数以及影响该系数的因素,即阵元发射信号载频与阵元位置。利用遗传算法优化载频选择方案,从而对距离方位解耦以提高测距测角精度。仿真表明通过合理选择阵元发射信号载频可以有效去耦。

基于大规模天线的多用户MISO下行链路频谱效率分析

在大规模天线时分双工通信系统中,分析了多用户MISO下行链路的频谱效率。假定用户数固定且基站天线数M无限增大,通过理论推导分析发现,当基站发送功率减小到单天线基站的1/M时,随着M的增加系统频谱效率趋于一个恒值;并且简单的预处理即可消除用户间干扰和快衰落的影响。虽然多小区系统会受导频污染的影响,致使小区间干扰不能被完全消除,但是降低后的发送功率可使系统由干扰受限转变为噪声受限。采用迫零单位预编码与采用最大比发送单位预编码的系统频谱效率极限表达式相同。最后给出采用空时分组码的多用户下行链路的频谱效率下限值,并通过仿真分析证实了以上结论的正确性。

利用SLNR准则基于中断概率约束的MISO干扰信道鲁棒预编码设计

针对多小区下行多进单出(multiple-input single-output,MISO)干扰信道,在控制每个用户信漏噪比(signal to leakage plus noise ratio,SLNR)低于门限值的概率小于中断概率的约束条件下,以最小化系统总加权发射功率为优化目标设计线性预编码。利用半定松弛和Bernstein-type不等式,将非凸的具有随机性的原始优化问题转换为确定性凸优化问题。仿真结果表明,所提出的预编码设计比worst-case等比较方案耗费的总加权发射功率更少。

MISO有限反馈误符号率下边界分析

采用矩母函数(MGF)方法进行了多输入单输出(MISO)有限反馈系统误符号率(SER)分析研究。研究表明,有限反馈性能分析对码本设计有指导意义,由于受多方面因素的影响,很难得到误符号率表达式的闭式解,因此进行误符号率下边界的分析是有价值的。本文利用接收信噪比矩母函数和误符号率之间的关系,并且对复球体的球帽表面积做近似处理,得到了误符号率的下边界。该下边界反映了系统的性能受码本大小、发射天线数、调制方式影响,在实际系统的设计中,可以根据误符号率要求得到码本大小。仿真结果验证了理论下边界和实际仿真误符号率的误差小于0.1dB。

一种改进的基于BiDirectional体制的MISO-SAR系统

Bi Directional体制是德宇航在2012年提出的一种通过单星单次飞行实现秒级重访的新体制,基本原理是利用相控阵电扫描方式生成双波束天线方向图,同时发射两个脉冲照射方位向前后两块成像区域,将同时接收到的脉冲在多普勒域进行带通滤波分离,并分别成像。该文介绍了一种改进的基于Bi Directional体制的多发单收(Multi Input Single Output,MISO)SAR系统,将传统的双波束同发同收改进为分时先后发射和同时接收,利用发射时较优的方向图抑制方位模糊(AASR),获得了较好的效果。文中给出了频谱分离效果、AASR分析和系统设计流程,给出了改进前后的点目标1维和2维成像结果对比,证明了该改进的有效性,最后给出了Bi Directional体制与其它几种单星短时重访体制的对比结果。

MISO-CDMA多径系统中空时分组码的译码方法

空时编码是实现宽带无线数据通信和下一代移动通信系统的一种极有潜力的技术。为有效的将空时分组码应用到多径衰落环境下的码分多址系统,以充分利用多个路径的信号能量,现提出了一种多径环境下空时分组译码的新方法。由于空时分组码译码与信道估计紧密相关,为此本文对多径信道估计以及信道估计误差对本方法产生的影响作研究。仿真结果表明,采用多路径译码方法可以明显提高系统的误码性能。

IRS辅助SIMO-MAC认知无线电系统频谱感知优化策略

认知无线电(Cognitive Radio, CR)通过允许次用户与主用户共享频谱,在提高无线通信的频谱效率方面具有重要意义。最近,智能反射表面(Intelligent Reflecting Surface,IRS)的提出,使我们可以通过IRS反射元件重构信道环境来提高无线通信系统的通信质量。本文提出了一个IRS辅助的单输入多输出多址接入信道(Single Input Multiple Output Multiple Access Channels, SIMO-MAC) CR网络,并结合一种新型的IRS辅助多用户协作频谱感知方案来增强感知性能。目标是在次用户的功率约束以及对主用户的干扰约束下,通过联合优化次用户发射功率分配和IRS相位,最大化次用户的和速率。为了解决所建立的变量耦合的非凸问题,我们采用基于块坐标下降的高效交替优化算法,首先通过拉格朗日乘子法和注水功率分配算法以及Karush-Kuhn-Tucker (KKT)算法求解得到最优的功率分配,然后构造多目标优化问题,利用连续凸逼近、半定松弛方法将非凸问题转化为一个半正定规划的凸问题,从而求解出IRS相移矩阵的近似最优解。仿真结果表明,本文所提方案可以极大地提高认知无线电网络的频谱感知性能以及频谱效率。

用于MIMO SC-FDE系统逼近分集接收界的迭代检测算法

为了提高MIMO SC-FDE系统的检测可靠性、降低系统复杂度,提出一种新的迭代干扰消除检测算法,并推导出分集接收界作为评价算法性能优劣的依据.该检测算法采用基本的线性均衡算法提供初始值,在迭代中尽量消除层间干扰,利用空间分集增益逐步提高检测可靠性.结果表明,该算法在4QAM调制方式下,E b/N 0为9 dB时逼近分集接收界;在16QAM调制方式下,E b/N 0为16 dB时逼近分集接收界.该算法一轮迭代的计算复杂度与发射天线的数目成线性关系,天线规模为3×3以上时算法复杂度低于V-BLAST.因此,所提算法适用于天线规模数大于等于3、调制进制数大于等于4的系统中,在倾向于采用large MIMO系统的5G及后5G时代具有高效性和实用性.