基于列车先验信息的RIS-MIMO系统鲁棒波束成形算法 被引量：2

1

作者 张泽鹏 李翠然 +2 位作者 吴昊 谢健骊 许琼 《通信学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第5期29-43,共15页

针对高移动性场景中完美信道状态信息(CSI)难以获取导致的智能超表面多输入多输出(RIS-MIMO)系统主被动波束成形算法性能恶化的问题,构建了RIS辅助的高铁毫米波MIMO中继通信模型。首先,在列车位置信息不完全的情况下,估计并推导了RIS-... 针对高移动性场景中完美信道状态信息(CSI)难以获取导致的智能超表面多输入多输出(RIS-MIMO)系统主被动波束成形算法性能恶化的问题,构建了RIS辅助的高铁毫米波MIMO中继通信模型。首先,在列车位置信息不完全的情况下,估计并推导了RIS-车载移动中继(MRN)之间视线战略(LOS)路径角度估计误差的统计特性;其次,对毫米波MIMO系统的中断性能进行了研究,给出了以信道容量作为中断判决的中断概率表达式;最后,将优化问题建模为5G基站(gNB)发射功率约束的中断概率最小化问题,提出了一种基于黎曼共轭梯度下降的复圆流形优化算法并求解该问题。仿真结果表明,与现有算法和传统的无RIS系统以及RIS随机相位调节下的高铁通信系统相比,所提算法具有更快的收敛速度和更高的系统鲁棒性。 展开更多

关键词 高速铁路 智能超表面 毫米波MIMO 鲁棒波束成形 流行优化

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多维阵列张量模型的鲁棒波束成形方法

2

作者 毕权杨 李旦 张建秋 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2024年第7期2175-2183,共9页

传统波束成形算法在应对维数较高的多维阵列时,训练快拍数难以满足远大于信号维数这一要求,从而导致波束成形器性能急剧下降。针对这一问题,本文给出了多维阵列输出数据的张量模型,基于多维阵列子维度的可分离性,引入张量波束成形方法,... 传统波束成形算法在应对维数较高的多维阵列时,训练快拍数难以满足远大于信号维数这一要求,从而导致波束成形器性能急剧下降。针对这一问题,本文给出了多维阵列输出数据的张量模型,基于多维阵列子维度的可分离性,引入张量波束成形方法,分析了其在训练快拍数需求上具有的优势。然后,基于张量波束成形中子维度干扰协方差矩阵的模型,通过直接估计干扰协方差矩阵实现了一种鲁棒张量波束成形方法。分析表明:该方法可更好地应对非均匀杂波环境以及相干干扰,并得到更高的输出信干噪比,以给出的二维极化敏感阵列为例,所提方法的训练快拍数需求为传统方法的1/3,相干干扰下输出信干噪比提高了约2.5 dB,仿真验证了分析的有效性。 展开更多

关键词 鲁棒波束成形 张量波束成形 多维阵列 相干干扰

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多发单收窃听信道中人工噪声辅助的鲁棒波束成形设计 被引量：1

3

作者 徐静 许思文 孙黎 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第11期118-124,共7页

针对无线通信物理层安全中合法用户接收的信息易受到非法窃听者窃听的问题,提出了一种人工噪声辅助的鲁棒波束成形(AN-RBF)设计方案。首先,利用信道估计分别获取发射端到合法用户的瞬时非理想信道状态信息(CSI)和发射端到窃听者的统计C... 针对无线通信物理层安全中合法用户接收的信息易受到非法窃听者窃听的问题,提出了一种人工噪声辅助的鲁棒波束成形(AN-RBF)设计方案。首先,利用信道估计分别获取发射端到合法用户的瞬时非理想信道状态信息(CSI)和发射端到窃听者的统计CSI;然后,在发射端向合法用户发送的信号中添加人工噪声,通过对有用信号和人工噪声进行联合优化,在满足发射功率控制和中断概率限制的约束条件下实现安全传输速率的最大化。AN-RBF方案发射端仅需获取窃听者的统计CSI,且发射端获取的合法用户的瞬时CSI是非理想的,系统开销少,另外,人工噪声的添加可以降低窃听者接收端信干噪比,提高多发单收(MISO)窃听信道中的安全传输速率。仿真结果表明,在20dB功率且仿真环境相同的情况下,所提AN-RBF方案的安全速率比各态同向人工噪声辅助方案提高了约2bit·(s·Hz)-1。 展开更多

关键词 无线通信 物理层安全 鲁棒波束成形 人工噪声

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分布式放大前传中继辅助多用户对等通信中的鲁棒波束成形

4

作者 王海红 王欣 魏急波 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第2期57-62,共6页

针对分布式放大前传中继辅助多用户对等通信系统研究了存在非理想信道状态信息(CSI)时的分布式中继网络(DRN)鲁棒波束成形设计问题。采用统计CSI误差模型,考虑了两种鲁棒优化问题:一是从公平性的角度出发在DRN总发送功率约束下实现多个... 针对分布式放大前传中继辅助多用户对等通信系统研究了存在非理想信道状态信息(CSI)时的分布式中继网络(DRN)鲁棒波束成形设计问题。采用统计CSI误差模型,考虑了两种鲁棒优化问题:一是从公平性的角度出发在DRN总发送功率约束下实现多个目的节点间的信干噪比(SINR)平衡;另一是从有效性的角度出发在保证各个目的节点服务质量需求(SINR大于预设门限)约束下最小化DRN总发送功率。对问题的分析和建模表明,在多用户情况下,这两个问题都是难以求解的优化问题。通过引入半定松弛(SDR)思想,将上述两种优化问题转化为可利用内点法有效求解的半定规划(SDP)问题。最后通过仿真验证了所提设计的鲁棒性能。 展开更多

关键词 多用户 对等通信 分布式中继网络 放大前传 鲁棒波束成形

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中断约束下的星空认知网络分布式鲁棒波束成形算法

5

作者 林敏 徐启钊 +2 位作者 王子宁 郭焱 程铭 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1666-1676,共11页

针对卫星通信网和无人机通信网共享频谱资源构成的星空认知网络,提出了一种基于用户非完美信道状态信息的分布式鲁棒波束成形算法,以提升网络的频谱效率和传输可靠性.在所有信道误差均服从复高斯分布的条件下,建立以总的发射功率最小化... 针对卫星通信网和无人机通信网共享频谱资源构成的星空认知网络,提出了一种基于用户非完美信道状态信息的分布式鲁棒波束成形算法,以提升网络的频谱效率和传输可靠性.在所有信道误差均服从复高斯分布的条件下,建立以总的发射功率最小化为目标函数,以用户信干噪比中断概率约束满足要求为约束的联合优化问题.通过引入松弛变量,将非凸的联合优化问题转换成两个独立的分布式优化问题,并进一步提出利用舒尔补和拉格朗日对偶的迭代算法得到卫星和无人机网络的波束成形权矢量.计算机仿真验证了所提算法的有效性和优越性. 展开更多

关键词 星空认知网络 分布式优化 鲁棒波束成形 拉格朗日对偶

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窃听概率约束下的双层卫星网络鲁棒安全波束成形算法

6

作者 王振彪 赵柏 +2 位作者 王宇辰 程铭 林敏 《数据采集与处理》 北大核心 2025年第1期176-186,共11页

针对地球同步轨道(Geostationary earth orbit,GEO)卫星和低地球轨道(Low earth orbit,LEO)卫星星群组成的双层卫星网络中的物理层安全传输场景,在仅已知窃听者非完美信道状态信息(Channel state information,CSI)的条件下,提出了一种... 针对地球同步轨道(Geostationary earth orbit,GEO)卫星和低地球轨道(Low earth orbit,LEO)卫星星群组成的双层卫星网络中的物理层安全传输场景,在仅已知窃听者非完美信道状态信息(Channel state information,CSI)的条件下,提出了一种基于拉格朗日乘子法的鲁棒安全波束成形(Beamforming,BF)算法。在考虑LEO卫星星群作为中继采用放大转发协议辅助GEO卫星服务地面合法用户,而地面存在窃听者试图窃取卫星信号的情况下,首先建立以地面合法用户信噪比最大化为目标函数,以窃听者的窃听概率(Intercept probability,IP)和卫星最大发射功率符合既定限制作为约束条件的联合优化问题。其次,利用矩阵变换和指数分布的累积密度函数,将复杂非凸的窃听概率约束转换为可解的凸约束。最后,进一步采用拉格朗日乘子法,得到GEO卫星的发射功率以及LEO卫星星群的分布式BF权矢量闭式解。仿真结果表明,本文所提算法能在不同的信道误差情况下均保证双层卫星网络的安全通信,验证了算法的安全传输有效性和对信道误差的鲁棒性。 展开更多

关键词 双层卫星网络 物理层安全 鲁棒波束成形 窃听概率

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智能表面辅助的星地融合数能同传鲁棒安全波束成形

7

作者 马彪 赵柏 +1 位作者 冯一帆 欧阳键 《电讯技术》 北大核心 2024年第10期1636-1643,共8页

针对智能反射面辅助的星地融合数能同传场景中的物理层安全问题,提出了一种鲁棒安全波束成形方法以提升系统安全性能。在地面物联网设备采用接收能量分割架构同时进行信息接收和能量采集的情况下,构建了以系统总发射功率最小化为目标,... 针对智能反射面辅助的星地融合数能同传场景中的物理层安全问题,提出了一种鲁棒安全波束成形方法以提升系统安全性能。在地面物联网设备采用接收能量分割架构同时进行信息接收和能量采集的情况下,构建了以系统总发射功率最小化为目标,以卫星用户服务质量满足要求,同时保证卫星信号不被窃听者窃取以及物联网设备信息接收和能量采集满足要求为约束的联合优化问题。为了克服求解该非凸优化问题的困难,首先引入辅助变量进行松弛处理,并进一步提出一种新颖的半正定规划与伯恩斯坦(Bernstein)不等式相结合的鲁棒安全波束成形方法,从而获得较优性能的解。在不同地面用户速率阈值和不同天线规模的系统中,相比迫零波束成形方案和固定能量分割比方案,所提方案所需的功率分别能平均节省20%和11%,能够在有效满足不同种类用户的服务需求的同时实现对窃听者窃听行为的抑制。 展开更多

关键词 星地融合网络 智能反射面 数能同传(SWIPT) 多播传输 鲁棒波束成形

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智能反射面辅助的太赫兹卫星通信鲁棒安全波束成形算法 被引量：4

8

作者 林敏 李菲 +2 位作者 王子宁 赵柏 韩略 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期2715-2723,共9页

本文针对智能反射面辅助的太赫兹卫星通信系统,提出一种基于用户非完美信道状态信息的鲁棒安全波束成形算法,以提升系统的物理层安全性能.首先,在智能反射面辅助的太赫兹卫星系统采用多播传输技术向多个合法用户发送信号,并且在其覆盖... 本文针对智能反射面辅助的太赫兹卫星通信系统,提出一种基于用户非完美信道状态信息的鲁棒安全波束成形算法,以提升系统的物理层安全性能.首先,在智能反射面辅助的太赫兹卫星系统采用多播传输技术向多个合法用户发送信号,并且在其覆盖区域内存在多个窃听者的场景下,建立以卫星发射功率最小化为目标函数,合法用户的可达速率和可达安全速率满足要求为约束的联合优化问题.其次,考虑到非完美信道状态信息导致可达速率和可达安全速率均为非凸的概率约束,提出采用二阶泰勒展开和S程序方法对其进行转化,并进一步通过半正定规划完成智能反射面的相移矩阵和卫星发射功率的联合优化设计.最后,计算机仿真验证了所提算法的有效性和优越性. 展开更多

关键词 卫星通信 智能反射面 物理层安全 鲁棒波束成形 太赫兹频段

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卫星通信下行链路鲁棒安全波束成形设计 被引量：4

9

作者 顾晨伟 林志 +3 位作者 林敏 解路瑶 欧阳键 黄硕 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2021年第5期1361-1370,共10页

针对多波束卫星通信系统下行链路存在多个窃听者的场景,在仅已知窃听者大概位置的条件下,提出了两种鲁棒安全波束成形(beamforming,BF)方案。一种是基于卫星总发射功率受限条件下的系统安全速率最大化准则,提出了基于广义瑞利商的鲁棒B... 针对多波束卫星通信系统下行链路存在多个窃听者的场景,在仅已知窃听者大概位置的条件下,提出了两种鲁棒安全波束成形(beamforming,BF)方案。一种是基于卫星总发射功率受限条件下的系统安全速率最大化准则,提出了基于广义瑞利商的鲁棒BF方案,得到了BF权矢量的解析解。另一种是基于安全速率和卫星总发射功率约束下的安全能效最大化准则,提出了一种分式规划、罚函数以及凸差(difference of convex,DC)规划理论相结合的嵌套迭代算法,完成鲁棒BF设计。仿真结果表明,跟传统的非鲁棒BF方案相比,所提出的两种鲁棒BF方案能够获得更好的安全性能。 展开更多

关键词 多波束卫星 物理层安全 鲁棒波束成形 凸优化

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一种低复杂度的鲁棒自适应波束形成算法 被引量：1

10

作者 姚昊 武岳 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2022年第11期3422-3426,共5页

传统基于干扰噪声协方差矩阵(interference-plus-noise covariance matrix,INCM)重构的鲁棒自适应波束形成(robust adaptive beamformer,RAB)算法在多种样本数据协方差矩阵误差和信号导向向量误差的失配环境中具有较强的鲁棒性,但目前... 传统基于干扰噪声协方差矩阵(interference-plus-noise covariance matrix,INCM)重构的鲁棒自适应波束形成(robust adaptive beamformer,RAB)算法在多种样本数据协方差矩阵误差和信号导向向量误差的失配环境中具有较强的鲁棒性,但目前主流的INCM重构法都是对信号和干扰的导向向量通过建立凸优化模型来估计的,这带来了很高的计算复杂度。为了解决这个问题,提出了一种低复杂度的基于INCM重构的RAB算法。该算法首先将干扰信号的导向向量分解为对应标称项和误差项的和,然后通过一种子空间方法估计得到误差项的单位向量。接下来对一个Capon空间谱功率最大问题进行求解,得到误差项的模值,以此得到重构的INCM。同时利用Capon空间谱中残差噪声的存在,使用交替投影法估计得到期望信号的导向向量,最后得到所提算法的权重向量。仿真实验表明,所提算法在多种误差环境下具有较强鲁棒性的同时,还具有较低的计算复杂度。 展开更多

关键词 协方差矩阵重构 特征分解 鲁棒自适应波束成形 导向向量估计

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基于非完美CSI的星空协作网络安全波束成形算法

11

作者 王子宁 谈苗苗 +2 位作者 林志 程铭 朱卫平 《指挥与控制学报》 CSCD 北大核心 2024年第2期177-183,共7页

针对无人机作为中继的星空协作网络,提出了一种基于非完美信道状态信息的安全波束成形算法。建立以安全速率最大化和发射功率最小化为目标函数的多目标优化问题。考虑到窃听者和非网内用户的完美信道状态信息难以获得,提出一种结合加权... 针对无人机作为中继的星空协作网络,提出了一种基于非完美信道状态信息的安全波束成形算法。建立以安全速率最大化和发射功率最小化为目标函数的多目标优化问题。考虑到窃听者和非网内用户的完美信道状态信息难以获得,提出一种结合加权和方法、角度离散化和连续凸逼近的求解方法,将非凸多目标问题转换成凸形式,并进一步利用半正定规划求解。仿真验证所提算法能够在安全性能和能耗之间获得一个较好的折中。 展开更多

关键词 星空协作网络 多目标优化 鲁棒波束成形 物理层安全

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智能反射面辅助的星地认知网络多播传输鲁棒优化设计

12

作者 马彪 赵柏 +2 位作者 季铭仪 丁昌峰 林敏 《数据采集与处理》 CSCD 北大核心 2024年第5期1251-1259,共9页

针对智能反射面(Intelligent reflecting surface,IRS)辅助的星地认知网络(Cognitive satellite and terrestrial networks,CSTN),提出了一种基于用户非完美信道状态信息的鲁棒多播传输算法,进一步提高了系统频谱效率。卫星采用多播技... 针对智能反射面(Intelligent reflecting surface,IRS)辅助的星地认知网络(Cognitive satellite and terrestrial networks,CSTN),提出了一种基于用户非完美信道状态信息的鲁棒多播传输算法,进一步提高了系统频谱效率。卫星采用多播技术服务多个主用户,同时共享频谱资源的地面基站(Base station,BS)通过空分多址和智能反射面分别服务直达用户和遮挡用户。然后,以地面网络发射功率最小化为优化目标,同时将地面用户的中断概率和主用户所受的最大干扰功率作为约束条件,提出联合优化问题。针对此非凸问题,首先借助指数分布的累积分布函数将非凸的中断概率约束转化为可解形式。接着,提出了一种结合交替优化与半正定松弛的鲁棒波束成形算法,以获得较优性能的解。计算机仿真结果证明了所提算法的鲁棒性和优越性。 展开更多

关键词 星地认知网络 智能反射面 多播传输 鲁棒波束成形 中断约束

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基于智能反射面的无线携能认知网络鲁棒传输设计

13

作者 王子宁 黄庶沛 +3 位作者 邵一焓 朱卫平 韩略 林敏 《南京邮电大学学报（自然科学版）》 北大核心 2024年第2期35-44,共10页

针对智能反射面辅助的无线携能认知网络,提出了一种基于用户非完美信道状态信息的波束成形方案,提高网络的频谱和能量收集效率。在假设用户信道误差范数有界的条件下,建立了以信息接收用户最小可达速率最大化为目标函数,以满足信息接收... 针对智能反射面辅助的无线携能认知网络,提出了一种基于用户非完美信道状态信息的波束成形方案,提高网络的频谱和能量收集效率。在假设用户信道误差范数有界的条件下,建立了以信息接收用户最小可达速率最大化为目标函数,以满足信息接收用户和能量接收用户需求、主用户干扰阈值和基站最大发射功率为约束条件的优化问题。针对此非凸问题,提出利用三角不等式、交替方向乘子法和交替优化的迭代算法,以较低的计算复杂度求解得到基站的有源波束成形权矢量和智能反射面的无源波束成形矩阵。最后,仿真验证了所提方案相较于随机相位方案能够有效提高系统的性能,证明了在携能认知网络中引入智能反射面的可行性和有效性。 展开更多

关键词 认知网络 无线携能 鲁棒波束成形 智能反射面

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基于速率分割的可重构智能表面辅助星地融合网络鲁棒安全传输方案 被引量：5

14

作者 赵柏 林敏 +3 位作者 肖圣杰 程铭 冯一帆 杨绿溪 《通信学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第12期50-60,共11页

首先,考虑一个可重构智能表面(RIS)辅助的星地融合网络,卫星采用速率分割多址技术服务多个地球站,而地面基站则在RIS的协助下利用多播技术服务多个地面用户,同时还存在多个窃听者企图获取卫星的隐私信号。其次,在仅已知窃听者非完美信... 首先,考虑一个可重构智能表面(RIS)辅助的星地融合网络,卫星采用速率分割多址技术服务多个地球站,而地面基站则在RIS的协助下利用多播技术服务多个地面用户,同时还存在多个窃听者企图获取卫星的隐私信号。其次,在仅已知窃听者非完美信道状态信息的条件下,以所有用户的通信质量要求及最大窃听概率为约束条件,建立一个以最小化系统总发射功率为目标函数的联合优化问题。为了求解该非凸问题,采用S-procedure和连续凸逼近方法将复杂的窃听概率约束转化为可行的凸约束;利用基于核范数的惩罚函数方法提出一种鲁棒联合优化算法以迭代求解波束成形权矢量和发射功率。最后,计算机仿真结果验证了所提传输方案的有效性和优越性。 展开更多

关键词 星地融合网络 可重构智能表面 速率分割多址 鲁棒波束成形 窃听概率约束

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