基于携能通信的非信任双向中继网络安全传输方案

针对非信任双向中继网络的能量受限和信息安全问题,该文提出一种基于无线携能通信(SWIPT)与人工噪声辅助的物理层安全传输方案。该方案中的非信任中继采用功率分割(PS)策略辅助合法用户进行保密通信,而全双工干扰机在进行能量采集的同时发送人工噪声以确保系统安全。以最大化系统保密性能为目标,优化了中继的PS因子,推导了保密和速率的解析式及高信噪比条件下最佳PS因子的闭式解。特别针对非理想信道状态信息的情况,分析了信道估计误差对系统保密性能的影响。仿真结果验证了理论推导的正确性,并证明了所提的基于PS策略的干扰机协同传输方案相比采用时间切换(TS)策略或目的节点协同干扰的方案具有更优的保密性能。

空间耦合LDPC码的分层译码算法

针对长码长空间耦合低密度奇偶校验(SC-LDPC)码译码时延较长的问题,该文提出了分层滑动窗译码(LSWD)算法。该算法利用SC-LDPC子码码块的准循环特性和滑动窗内校验矩阵的层次结构,通过在滑动窗内对校验矩阵进行分层处理,优化层与层之间消息传递,从而加快窗内译码的收敛速度,减少了译码迭代次数。仿真和分析结果表明:在相同的信噪比(SNR)条件和相同的误码性能要求下,LSWD算法所需的迭代次数少于滑动窗译码(SWD)算法,特别在高信噪比下,LSWD算法的迭代次数约为SWD算法的一半,从而有效缩短全局译码时延;在相同译码迭代次数下,LSWD算法的译码性能优于SWD算法,而其计算复杂度增加不大。

统计优先级多址接入协议的改进与仿真

统计优先级的多址接入(Statistical Priority-based Multiple Access,SPMA)协议的优良性能符合未来数据链的发展趋势。经典的SPMA协议中存在固定门限设置导致的吞吐量下降、退避时间设置过于简单和低优先级分组“饥饿”等三个问题。针对这些问题,提出了统计差值退避算法和虚拟时间戳排队算法。统计差值退避算法使用负载统计量和优先级门限的差值,计算出合理的分组退避时间。虚拟时间戳排队算法根据接入带宽的最低要求,按照虚拟完成时间大小进行分组接入。结合这两个算法,设计了基于SPMA的介质访问控制层改进协议,并使用OPNET软件对改进协议进行了仿真。仿真结果表明,相比于SPMA协议的传统算法,改进协议的系统吞吐量更大且更稳定,优先级平均时延更低,同时保证了低优先级业务的最小带宽接入需求。

一种减小互耦的互素嵌套阵列及测向算法

为了减小阵元之间的互耦效应,首先提出一种阵元间距可调节的互素嵌套阵列。这种阵列由2个不同的嵌套子阵列组成,2个子阵的最小阵元间距由一对互素的正整数确定。只要这对正整数足够大,2个子阵的最小阵元间距便可远超过入射信号的半个波长,从而将阵元间的互耦效应减小到可忽略的程度。然后,为了解决大间距阵列所引起的角度模糊问题,提出了一种基于四阶累积量的无模糊波达方向(DOA,direction of arrival)估计算法。仿真实验表明,此算法具有较好的估计性能,相比一些经典的自校正DOA估计算法,此算法具有更高的角度分辨力和估计精确度。

基于稀疏面阵的低复杂度三维信源定位算法

针对3维信源定位中阵列结构过于复杂、算法复杂度过高、谱峰搜索范围过大的问题,该文提出一种基于互素线阵互素平移的稀疏面阵(CLACS-SPA)的3维降秩MUSIC算法(RARE-MUSIC)。所提CLACS-SPA拥有中心对称的互素稀疏面阵结构,相较于同口径均匀面阵结构减少了大量的阵元,降低了阵列的结构复杂度;以CLACS-SPA为基础的3维RARE-MUSIC算法利用泰勒公式将接收信号中的方向信息与距离信息进行分离估计,从而将3维谱峰搜索转化为方位角俯仰角的2维搜索和距离项的1维搜索,降低了定位算法的计算复杂度。仿真分析表明:在口径与定位算法相同条件下,与均匀面阵结构相比,所提结构的计算复杂度降低了1~2个数量级;在相同口径与CLACS-SPA结构下,与经典3维MUSIC算法相比,所提算法的复杂度降低了2~3个数量级;在相同口径和阵元数量条件下,与经典3维MUSIC算法相比,所提算法不仅降低了计算复杂度,而且提升了方位角与俯仰角的测量精度。

基于用户协作干扰的IRS辅助安全传输方案

针对协作通信网络无线信道高度开放的信息安全问题,提出一种基于智能反射面(IRS)辅助通信与用户协作干扰的下行链路物理层安全传输方案,并给出了一种基于交替迭代的保密容量最大化算法.该方案中智能反射面通过调整反射相位辅助合法用户进行通信,并且全双工用户在接收有用信号的同时发射人工噪声,从而增强系统信息安全传输.为了求解系统保密容量的非凸优化问题,利用交替迭代算法将其分解为3个子问题,分别对基站波束成形矢量、系统功率分配系数及IRS相移矩阵进行优化.在求解的过程中推导了波束成形矢量和功率分配系数的闭式解,并分别利用连续凸近似和黎曼流形优化两种算法得到了IRS的最佳相移矩阵.分析与仿真结果表明:所提出的方案能够快速收敛,且基于黎曼流形的优化算法具有更低的复杂度.与随机相位或固定功率系数的方案相比,该方案能够显著提高系统安全性能.