MIMO系统发射端多天线选择保障物理层安全传输研究

针对MIMO系统信号传输策略中单天线选择方案在增大系统保密容量方面存在的局限性,提出发射端多天线选择方案以保障物理层安全通信。首先在已知全局信道状态信息的理想条件下讨论最优多天线选择方案;然后考虑较为实际的情况,即在未知窃听方信道状态信息条件下提出次优多天线选择方案;最后,为改进次优方案在低信噪比条件下系统保密容量较小的不足,提出次优多天线选择发射功率分配方案。通过理论推导保密容量表达式和数值分析,结果表明,与现有单天线选择方案相比,所提的多天线选择方案有效地提高了系统的保密容量。     

MIMO系统发射端天线选择对性能的影响

基于发射端天线选择对MIMO系统性能的影响进行研究.首先建立信道模型,然后对采用ZF接收机的情况下误码率性能进行分析,并讨论了天线选择标准.仿真结果表明,不进行天线选择,获得误码率为10-2所需要的信噪比至少为22.5 dB;进行天线选择,获得误码率为10-2所需要的信噪比为18 dB,证明天线选择能改善系统性能.     

MIMO系统中一种新的接收天线选择算法

在瑞利衰落信道条件下，通过天线选择可以提高多输入多输出（MIMO）系统的容量，并能有效地降低MIMO系统的复杂度和射频成本，天线选择算法也成为问题的关键。对接收天线选择算法进行了研究，通过连续选择使MIMO系统容量增加最大的天线的方法，用矩阵及行列式运算导出了一种新的接收天线选择算法，并通过仿真和分析与其它算法进行了比较。仿真结果表明，新算法在信噪比较小时，有最大的遍历性容量（ergodic capacity）、中断容量（outage capacity）；在信噪比较大时，同其它算法结果十分接近。新算法更适合于在信噪比较小（信号弱或信遭受噪声恶化严重）时使用。将新算法同Alkhansari算法结合起来，结果更好。     

MIMO系统中基站天线递增选择算法

在散射体丰富的环境中,信道容量受终端移动的影响很大,为此提出一种基于动态的多入多出（MIMO）散射无线信道模型,分析了移动终端对该无线信道容量的影响,并讨论了在移动过程中进行天线选择为系统性能带来的提升。 仿真结果表明,信道容量随着天线单元间距的增大而增大,随散射信号扩展角度的变大而增加,移动环境下的信道容量要小于准静态环境下的信道容量,且动态天线选择能够有效提升系统容量。      

无线通信中使用随机天线阵列的物理层安全传输方法

为了在无线通信过程中保证信息安全,提出了一种使用随机天线阵列的物理层安全传输方法(RAA方法).该方法在基站端使用多天线而在移动用户端使用单天线,期望移动用户首先发送同步训练符号,基站根据接收到的训练符号估计信道,然后基站随机选取若干天线并根据估计到的信道使用分布式波束形成的方法进行加权发射,各天线发射信号最后在期望用户接收点同相叠加,期望用户可以直接进行最大似然解调.由于基站在发射每个符号时都随机变换天线,将会导致窃听者的信道随机快速变化,因此窃听者无法通过盲均衡算法解调,从而保证了信息的低截获概率.与经典的使用随机加权系数的方法相比,RAA方法具有功率利用率更高的特点.仿真结果表明,在总功率一定的情况下,RAA方法可以在期望用户处获得比已有方法低一个数量级的误码率,而窃听者始终无法正确解调.     

传输功率优化的莱斯信道多天线系统容量分析

对未知信道状态和已知信道状态下的莱斯信道多天线系统容量进行了理论分析,并采用蒙特卡罗方法进行了仿真,结果表明：在低信噪比情况下,当天线数目较小、视距分量较少;或者天线数目较大、视距分量较多时,采用传输功率优化策略较为合理。     

MIMO系统中改进的天线选择算法

递增和递减两种选择算法,可以极大降低MIMO系统中选择天线时的计算量,同时又可以使MIMO系统的容量达到最大.但在天线规模较大时,选择天线时的计算量仍较大,有必要作进一步的处理以降低选择时的计算量.文中提出了基于上述两种方法的改进算法,以低于2%的容量代价,降低多达20%～30%计算量.     

基于部分信道状态信息的多模式天线选择算法

分析了基于部分信道状态信息的天线选择的必要性,并对相关信道情况下角度扩散、信噪比和发送端天线配置方式对信道容量的影响进行了研究.提出根据信道状态动态确定发送天线子阵中的天线数目,从而确定反馈信息的数量.然后利用反馈向量在发送天线端进行波束形成,使得具有较高信道增益的子信道被选择用来进行数据传输.仿真结果表明,采用天线选择后系统可以根据信道状态确定参与传输的发送天线的数目,减小了系统配置的复杂度,降低了成本,并且在信道存在严重相关的场合下算法仍适用.     

多输入多输出系统发射天线选择对系统信道容量的影响

针对多输入多输出(MIMO)系统信道矩阵秩亏引起信道容量下降的问题,基于信道容量上限提出了一种发射天线选择方法.该方法利用信道矩阵与发射空间相关矩阵秩相同的特点,重新构建了蕴含模型物理参数的信道模型.在对空间相关矩阵QR分解的基础上,采用随机矩阵理论推导了迫零接收机信噪比的概率密度函数,从而得到了MIMO系统信道容量的上限.该方法不需要已知信道的瞬时状态信息,只取决于衰落的空间相关,计算的复杂度较低,易于实现.仿真结果表明:在低散射环境中,适当地选择发射天线可以使系统的信道容量增加约1 b/s;当接收信噪比大于6.5 dB时,发射端采用均匀圆阵系统的性能要优于采用均匀线阵系统的性能.     

考虑MIMO系统信道相关性的改进天线选择算法

针对MIMO系统中信道的相关性,利用线性代数原理对已有的快速天线选择算法进行改进,提出一种改进的天线选择算法．仿真结果表明：改进的天线选择算法在一定条件下能获得比原快速天线选择算法更大的信道容量,并且考虑了实际信道的相关特性．     

大规模MIMO多用户双向中继系统的物理层安全性能分析

对大规模多输入多输出(multiple input and multiple out,MIMO)多用户双向中继网络的物理层安全性能进行分析。系统模型中假设窃听节点可以获取第一跳用户发送信号和第二跳中继发送信号,分析大规模MIMO中继采用最大比合并和最大比传输信号处理时的系统保密速率,进一步推导出中继天线数趋于无穷时的系统渐近保密速率表达式,并进行仿真验证。理论分析和仿真结果显示,即使在不采用专门的物理层安全技术时,大规模MIMO双向中继系统也能获得可观的保密速率。证明即使当窃听节点具备多用户干扰消除能力时,通过设置合理的用户和中继发送信号功率,大规模MIMO双向中继系统仍然具有较好的物理层安全性能。     

MIMO系统一种新的天线选择算法

在多径衰落环境中,MIMO 系统能够极大地提高无线通信系统的容量和可靠性,发射/接收天线选择方法能以很小的性能损失换取射频成本的大幅度降低,使 MIMO系统不完全受射频成本的限制.为快速选择出使系统容量最优的发射/接收天线子集,该文提出一种新的快速简单的天线选择算法.仿真结果表明,该算法降低了计算复杂度,在获得很高的系统容量的同时,大大降低了系统误码率.     

大规模 MIMO 蜂窝网与 D2D 混合网络物理层安全性能研究

随着量子计算机等计算设备的飞速发展,传统的加密技术正面临着挑战;由于物理层安全充分利用了无线信道的特性,其被认为是一种有效的解决方案.为此,提出了一种安全的混合网络模型,其中,端到端(device-to-de-vice,D2D)网络覆盖于大规模多入多出(multiple-input multiple-output,MIMO)宏蜂窝之上,被动的恶意窃听者(eavesdropper,Eve)能够窃听所有的无线信道;同时,为了提高能量效率,D2D发射机不仅可以从专用的PB(powerbeacon)收集能量,还可以从附近的射频干扰信号中收集能量.对此混合网络模型,假设所有网络元素的位置都服从独立泊松点过程,利用随机几何,得到了任一D2D发射机采集足够能量的概率;基于此概率,获得了蜂窝网用户和D2D用户的各态历经速率和安全中断概率.结果表明,由于D2D发射机可以从周围的射频干扰信号中采集能量,系统的能量效率得到显著提升,同时将专用PB的信号视作一种人工噪声,有效地提高了网络的安全性能.     

信息和能量同传全双工中继信道的物理层安全方案

给出一种信息和能量同传中继无线信道中的物理层抗窃听安全传输方案。中继工作于全双工模式,采用放大转发方式转发信号,同时采用信息和能量同传模式从所接收到的射频信号中收集能量,并用于信号的转发。目的节点也为全双工节点,在接收信息的同时发送人工噪声去干扰窃听节点的接收。以最大化系统的保密速率为目标,对中继采用功率分裂方式和时间切换方式时的功率分裂因子、能量收集时间比例因子和信号与人工噪声功率分配因子进行优化。由于无法得到关于最优参数的表达式,因此,采用二维搜索方法来对优化问题进行求解。仿真结果表明,功率分裂因子、能量收集时间比例因子、信号与人工噪声功率分配因子的优化和目的端的协作干扰能显著提高系统的性能。     

一种基于圆环阵天线虚拟运动的物理层安全通信方法

为了提高无线通信过程中信息被窃听的难度,提出一种基于圆环阵天线虚拟运动的物理层安全通信方法。该方法在信号发送过程中,用一组扩频码序列来控制天线的切换方式,应用天线周期性切换产生的谐波分量,构成被扩频码和方向信息同时调制的扩频信号。仿真结果表明,接收机对二维方向信息敏感,随着接收机方位角和俯仰角偏离期望接收机位置,信号的捕获和解调性能会迅速下降,当偏离超出一定的门限后,窃听接收机无法解调出发射信号。     

CoMP系统中的天线选择和功率分配联合算法

在协作多点传输(coordinated multiple points transmission,CoMP)系统中,为了提高小区边缘用户传输速率和系统总吞吐量,提出了一种联合天线选择和功率分配的优化算法.在基于信道容量增量的天线选择策略(antenraselection lased on capacity increment,CIAS)中,推导了当用户端采用最大比合并时用户信道容量的表达式,并根据所设定的信道容量增量选择出所有满足条件的天线;在最优功率分配算法(optimal power allocation,OPA)中,推导了协作多点多用户系统中用户传输速率的表达式,在总功率受限的情况下通过采用优化的迭代功率分配算法,得到了最优的功率分配.理论分析和仿真结果表明,与等功率分配策略(equal power allocation,EPA)和功率与信道增益成正比的功率分配策略(proportion to channel gain,PCG)相比,联合了天线选择和功率分配的算法不仅能最大提升对边缘用户的传输速率,而且能更好地提高系统的信道容量.     

MIMO理论的改进方案研究

指出现有MIMO理论研究只是在所建立的基带数学模型基础上,依据空分复用(SDM)原理证明了MIMO可增加信道容量.但是它没有给出与该数学模型相适配的、合理的物理模型,导致所依据的SDM无法实现,使MIMO理论在数学层面所导出的信道容量公式在物理上是无法实现的.从天线的物理特性、各种天线阵的波束图、MIMO物理模型的不合...     

双向中继网络多对大规模MIMO系统安全性研究

在配备有大量天线的多对大规模多输入多输出(MIMO)系统中,研究了多个用户通过双向中继网络交换消息的安全问题.首先,推导出用户的安全容量表达式;然后,通过分析结果,讨论信道容量、天线数和用户对数之间的数学关系,得出系统安全容量的近似表达式.仿真结果表明:当中继的传输功率和用户发射功率远远大于噪声功率时,安全容量与天线数量成正比,与干扰用户对数成反比.