本文選題：多用戶無線網(wǎng)絡(luò) + 干擾對齊�。� 參考：《西安電子科技大學(xué)》2014年博士論文

【摘要】：在過去的數(shù)年間,無線網(wǎng)絡(luò)中用戶規(guī)模的快速增長及業(yè)務(wù)種類的不斷豐富使得多用戶干擾和無線傳輸安全的問題日趨嚴(yán)重。干擾對齊和物理層安全技術(shù)由于分別能夠進(jìn)行有效的干擾管理和抗竊聽傳輸,受到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注,逐漸成為無線通信領(lǐng)域研究的熱點。干擾對齊的核心思想是通過設(shè)計發(fā)射信號使得接收端收到的干擾盡可能地對齊在一個維數(shù)較低的子空間,同時讓有用信號占據(jù)不被干擾的子空間,從而最大化自由度。物理層安全則是從信息傳輸?shù)慕嵌瘸霭l(fā),一方面為合法用戶提供可靠通信,另一方面使得竊聽者無法從其截獲的信號中獲取任何有用消息。本文針對多用戶無線網(wǎng)絡(luò)中的干擾對齊和物理層安全分別展開研究。論文的主要工作概括如下:1.干擾對齊的研究通�？紤]多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)系統(tǒng),而MIMO系統(tǒng)在配置多根天線的同時需要多套較為昂貴的射頻鏈路。因此,如何聯(lián)合設(shè)計天線選擇與干擾對齊是保證干擾管理質(zhì)量的同時降低系統(tǒng)實現(xiàn)成本的關(guān)鍵。針對多小區(qū)MIMO蜂窩網(wǎng)絡(luò)的下行鏈路,首先給出了一種利用基站控制器進(jìn)行聯(lián)合基站天線選擇與迭代干擾對齊的處理流程,分析了面向迭代干擾對齊的最優(yōu)基站天線選擇方案。在此基礎(chǔ)上,通過仿真并分析迭代干擾對齊算法的收斂特性,提出了一種基于貪心搜索策略與部分迭代機(jī)制的低復(fù)雜度基站天線選擇方案。復(fù)雜度分析與仿真結(jié)果表明,該方案能夠獲得接近于最優(yōu)基站天線選擇方案的用戶和速率性能,且需要的計算復(fù)雜度較低。此外,通過調(diào)整部分迭代次數(shù),該方案可以達(dá)到用戶和速率性能與計算復(fù)雜度的折中。2.現(xiàn)有大多數(shù)干擾對齊算法著眼于將接干擾約束并對齊到一個低維的子空間,卻沒有考慮有用信號的強(qiáng)度。針對多用戶對MIMO干擾網(wǎng)絡(luò),為了進(jìn)一步提高干擾對齊所能獲得的用戶和速率性能,將格拉斯曼流形優(yōu)化引入到干擾對齊設(shè)計中,提出了一種新型的不需要信道互易性成立的干擾對齊算法。該算法結(jié)合極端特征值方法和格拉斯曼流形上最速下降法,同時最小化干擾子空間和干擾張成的子空間的距離,以及期望信號子空間和有用信號張成的子空間的距離,從而將干擾和有用信號分別對齊到各自相應(yīng)的子空間,在對齊干擾的同時保證了有用信號的強(qiáng)度。仿真結(jié)果表明,該算法能夠有效地增加用戶和速率,其性能優(yōu)于交替最小化干擾對齊以及聯(lián)合有用信號的干擾對齊算法,并且通過合理地選取步長的衰減因子,可以達(dá)到用戶和速率性能與收斂速度的折中,這表明該算法具有較強(qiáng)的靈活性。3.迭代干擾對齊需要假設(shè)本地信道狀態(tài)信息(Channel State Information,CSI)和干擾協(xié)方差矩陣已知,而這些先驗信息要通過復(fù)雜的訓(xùn)練過程才能獲得。從實際工程應(yīng)用的角度出發(fā),有必要研究迭代干擾對齊的低復(fù)雜度分布式實現(xiàn)方法。針對多用戶對MIMO干擾網(wǎng)絡(luò),提出了一種基于復(fù)數(shù)域快速數(shù)據(jù)投影子空間跟蹤方法的低復(fù)雜度分布式迭代干擾對齊算法。在不需要本地CSI和干擾協(xié)方差矩陣先驗信息的情況下,該算法直接通過干擾子空間跟蹤的訓(xùn)練過程來迭代設(shè)計預(yù)編碼矩陣和干擾抑制矩陣。復(fù)雜度分析和仿真結(jié)果表明,該算法能夠以較低的計算復(fù)雜度為代價,獲得接近于原始迭代干擾對齊的用戶和速率性能。在此基礎(chǔ)上,將所提出的算法進(jìn)一步擴(kuò)展到包含多個次級用戶對的MIMO認(rèn)知網(wǎng)絡(luò),給出了一種采用分層預(yù)編碼設(shè)計的分布式迭代干擾對齊算法。該算法能夠在避免次級用戶對主用戶產(chǎn)生干擾的同時,消除次級用戶間的干擾。4.在無線攜能通信網(wǎng)絡(luò)中,能量接收端可能在進(jìn)行無線充電的同時竊聽未授權(quán)的發(fā)送給信息接收端的消息。因此,研究如何利用物理層安全技術(shù)在保證無線充電質(zhì)量的前提下實現(xiàn)安全信息傳輸很有必要。針對存在多個信息接收端和能量接收端的多播場景,首先給出采用秩-2波束成形的Alamouti空時編碼的傳輸方案,接著同時考慮信干噪比和無線充電量約束,提出了以最小化接入點發(fā)射功率為目標(biāo)的基于秩-2波束成形的安全多播設(shè)計。然后,利用秩-2半定松弛技術(shù)來解決所建立的非凸優(yōu)化問題,推導(dǎo)了秩-2半定松弛是緊松弛,也就是可以獲得最優(yōu)解的充分條件,并給出了得到最優(yōu)解和次優(yōu)解的具體求解方法。針對秩-2半定松弛不是緊松弛的情況,提出了一種能夠獲得次優(yōu)解的秩-2高斯隨機(jī)化方法。仿真結(jié)果表明,所提出的安全多播設(shè)計能夠在保證信息傳輸安全與無線充電質(zhì)量的同時,有效地降低接入點的發(fā)射功率。
[Abstract]:In the past few years, the rapid growth of user scale in wireless networks and the continuous enrichment of business types have made the problems of multiuser interference and wireless transmission security increasingly serious. Interference alignment and physical layer security technologies are capable of effective interference management and anti eavesdropping transmission, which have been widely used in academia and industry. Attention has gradually become a hot spot in the field of wireless communication. The core idea of interference alignment is to align the interference received by the receiver as far as possible to a lower dimension of the subspace by designing the transmitting signal, and to make the useful signal occupy the subspace which is not disturbed, thus maximizing the degree of freedom. On the one hand, it provides reliable communication for legitimate users, on the other hand, it makes the eavesdropper unable to obtain any useful messages from the signals captured. This paper studies the interference alignment and physical layer security in multi-user wireless networks. The main work of this paper is as follows: 1. the research on interference alignment is usually tested. Considering multiple input and multiple output (Multiple-Input Multiple-Output, MIMO) systems, the MIMO system needs multiple sets of more expensive RF links while configuring multiple antennas. Therefore, how to jointly design the antenna selection and interference alignment is the key to reduce the quality of interference management and reduce the cost of the system. A multi cell MIMO cellular network is used. In the downlink of the collaterals, first, a processing flow with base station controller for the selection of joint base station antenna and the alignment of iterative interference is given, and the optimal base station antenna selection scheme for iterative interference alignment is analyzed. On this basis, the convergence characteristics of the iterative interference to the homogeneous algorithm are simulated and analyzed, and a kind of greedy based on the greedy is proposed. The complexity analysis and simulation results show that the scheme can obtain the user and rate performance close to the optimal base station antenna selection scheme, and the computational complexity is low. In addition, the scheme can reach the user and the user by adjusting the number of iterations. Most of the existing interference alignment algorithms for rate performance and computational complexity.2. focus on the interference constraint and alignment to a low dimension subspace, but do not consider the intensity of the useful signals. For the multiuser MIMO jamming network, the Glassman flow is used to further improve the user and rate performance that the interference alignment can be obtained. The shape optimization is introduced to the interference alignment design, and a new interference alignment algorithm is proposed without the need of channel reciprocity. This algorithm combines the extreme eigenvalue method and the Glassman manifold method, and minimizes the distance between the subspace of interference subspace and the interfering tension, as well as the expected signal subspace and the useful letter. The distance of the subspace formed by the signal is aligned with the interference and useful signals to the corresponding subspace respectively, and the intensity of the useful signal is guaranteed while aligning the interference. The simulation results show that the algorithm can effectively increase the user and the rate, and its performance is better than the alternately minimized interference alignment and the interference pairs of the combined useful signal. The homogeneous algorithm, and by reasonably selecting the attenuating factor of the step length, can achieve the compromise between the user and the rate of rate performance and convergence speed, which shows that the algorithm has a strong flexibility.3. iterative interference alignment, which needs to assume the local channel state information (Channel State Information, CSI) and the interference covariance matrix known, and these prior information It is necessary to obtain a complex training process. From the perspective of practical engineering application, it is necessary to study the low complexity distributed implementation method of iterative interference alignment. A low complexity distributed iterative interference alignment algorithm based on multiple domain fast data cast shadow space tracking is proposed for multiuser MIMO interference network. Method. Without the need of local CSI and interference covariance matrix prior information, the algorithm iteratively designs the precoding matrix and interference suppression matrix through the training process of interference subspace tracking. The complexity analysis and simulation results show that the algorithm can get close to the original iteration at the cost of lower calculation complexity. On this basis, the proposed algorithm is further extended to the MIMO cognitive network containing multiple secondary users, and a distributed iterative interference alignment algorithm with hierarchical precoding is given. This algorithm can eliminate secondary users to interfere with the main user and eliminate the times. The interference.4. between the users of the level is in the wireless communication network. The energy receiver may eavesdrop on the unauthorized messages sent to the receiver at the same time. Therefore, it is necessary to study how to use the physical layer security technology to ensure the security information transmission on the premise of guaranteeing the quality of the wireless charging. The multicast scene of the information receiver and the energy receiver first gives the transmission scheme of Alamouti space-time coding using rank -2 beamforming. Then, considering the signal to noise ratio and the wireless charge quantity constraint, a secure multicast design based on rank -2 beamforming is proposed to minimize the transmission power of the access point. Then, the rank -2 half is used. In order to solve the non convex optimization problem established by the fixed relaxation technique, the sufficient condition of the rank -2 semidefinite relaxation is a compact relaxation and the optimal solution can be obtained, and a specific solution for obtaining the optimal solution and the suboptimal solution is given. A rank -2 Gauss which can obtain the suboptimal solution for the rank -2 semidefinite relaxation is proposed. The simulation results show that the proposed secure multicast design can effectively reduce the transmission power of the access point while ensuring the safety of the information transmission and the quality of the wireless charging.
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN92

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本文編號：2017938