FDD大规模MIMO系统速率最大化导频信号设计方法

该文针对FDD大规模MIMO下行系统,联合考虑信道空间相关性、信道估计精度和波束成型方案对导频信号设计的影响,以最大化下行遍历可达速率为目标,以系统总功耗为约束,建立关于导频信号矩阵的优化模型。由于原始优化问题的目标函数没有闭合形式表达式,利用大维矩阵理论中确定性等价原理可获得其近解析表达式,从而得到了遍历速率关于导频矩阵的显示表达式。基于此,利用主导理论,推导出了最优导频信号所具有的矩阵结构特征。进而,将原优化问题转换为等价的导频序列功率分配问题,再利用拉格朗日对偶法求解得到了最优导频信号的闭合形式解。通过分析,给出了最优导频序列长度的实际值与最大范围。数值仿真结果验证了所推导的遍历速率解析表达式的精确性和有效性,并对比了所提出的导频方案与传统基于最小均方误差准则导频方案在遍历速率方面的性能增益,以及所使用的导频序列长度差异,同时给出了两种方案在导频信号功率分配时的差异性。

全双工加扰的非可信中继系统的渐近性能分析

在物理层安全领域,协作中继技术因具备提升网络容量和扩展网络覆盖范围等优点,受到学术界广泛关注。但是,协作中继在某些时候可能存在非可信情形。基于此,在瑞利衰落信道下,为提升非可信中继系统安全性能,提出一种多天线全双工目的节点加扰(FDJ, full-duplex destination jamming)策略。为最大化系统安全容量,针对多天线目的节点提出一种切换分离式最优天线选择(OAS, optimal antenna selection)方案,并设计出信源和目的节点功率分配优化方案,给出相应的安全性能指标闭合表达式。在大规模天线下,推导出FDJ-OAS策略的遍历可达安全速率和瞬时安全容量下最优功率分配因子闭合表达式。在不同的渐近条件下,推导出FDJ-OAS策略的安全中断概率的渐近线闭合表达式。仿真结果显示,理论分析与蒙特卡洛仿真曲线十分吻合,FDJ-OAS策略的安全分集阶数与天线数呈正比,可实现天线全分集,凸显了FDJ-OAS策略的性能优越性。

基于人工噪声预编码的多天线中继安全性能分析

为提升存在窃听者的中继网络的安全性能,在多天线放大转发中继端采用人工噪声预编码(ANP)和特征波束形成(EB)安全传输策略,推导了ANP和EB的可达安全速率(EASR)闭合表达式。在中继配置大规模天线时,推导了ANP的EASR下界,并在高信噪比和低信噪比情况下研究了渐近性能。分析和仿真结果显示,在中高信噪比区域,ANP相比于EB可获得显著的性能增益,而在低信噪比区域,EB优于ANP。当信噪比增加时,EB的EASR接近一个与第1跳无关的常数。在高信噪比区域,ANP的最优功率分配方案是将一半左右的功率分配给人工噪声。

自适应窃听和干扰下机会式中继和协作干扰技术的安全性能分析

在存在一个半双工自适应窃听者的多中继协作通信模型中,针对窃听者能够智能地选择被动窃听或主动干扰的问题,选择一个中继协助源节点转发信息,其余中继用于发送人工干扰信号以混淆窃听者,从而提升系统的遍历可达安全速率(Ergodic achievable secrecy rate,EASR)性能。在仅有窃听信道统计信息的假设下,推导了EASR的渐进闭合表达式,并进行了Monte-Carlo仿真验证。仿真结果表明:即使在中继数目较小的情况下,渐进分析结果与仿真结果也基本吻合。同时表明:采用机会式中继和中继协作干扰的组合技术可显著地提升系统的安全传输性能。

无线能量采集技术下的全双工中继系统安全性能分析

为提升基于无线能量采集技术的全双工中继安全网络系统的安全性能,提出全双工中继干扰窃听者的策略.为干扰窃听者窃听有用信息,在第一时隙,中继发送人工噪声干扰窃听者;在第二时隙,中继在转发有用信息的同时,信源发送人工噪声干扰窃听者.在瑞利衰落信道下,通过合理的近似分析,推导出遍历可达安全速率(EASR)的表达式.分析与仿真结果表明:理论分析曲线与蒙特卡洛仿真结果基本吻合;对模型进行不同参数的性能对比,显示出所提系统在不同情况下具有性能优越性.

多天线中继系统中基于无线携能通信的物理层安全传输方案

针对多天线协作中继系统中存在信号处理能量受限和保密信息安全传输的问题和挑战,提出了一种基于无线携能通信和友好干扰信号辅助的两阶段物理层安全传输方案。首先,建立了基于放大转发中继模式的多天线中继系统模型。其次,考虑多窃听者非合谋窃听的场景,分析了系统能量与信息的传输过程,以最大化系统保密性能为目标,分别提出了最优传输天线选择策略和基于Q学习(Q-learning)算法的最优干扰天线选择策略。接着,推导出系统遍历可达保密速率(ergodic achievable secrecy rate, EASR)的表达式。最后,利用蒙特卡罗仿真方法验证了理论推导的正确性,并讨论了发射信噪比、功率分裂(power splitting, PS)因子及功率分配系数等参数对系统保密性能的影响。仿真结果表明,所提出的传输方案相比现有的安全传输方案,系统保密性能有较大的提升。