协作无线网络中基于能量采集和人工噪声的安全传输方案研究
Research on SecurityTransmission Schemes Based onEnergy Harvesting and Artificial Noise in Cooperation Wireless Networks
信息的安全传输一直是通信领域研究中的一个重要问题.无线通信系统由于其传输媒介的开放性、无线终端的移动性和网络结构的不稳定性,传输的可靠性和安全性面临严峻的考验.随着多天线技术、协作通信技术、编码技术的发展,基于信息论理论,利用无线信道的随机性实现信息安全传输的物理层安全技术近年来成为学术界研究的热点问题.无线能量采集技术是能够解决有限能源供应的一种新兴的技术,可为无线通信系统能量的供应提供新的解决思路.作为一类特殊的无线通信系统,相比较常规的无线通信系统,能量采集的无线通信系统中的物理层安全方案有更多的约束条件.本文对协作无线网络中基于能量采集和人工噪声的安全传输方案进行研究,主要内容有:1.研究由具有采集能量能力的单天线源节点、中继节点、目的节点和窃听节点组成的两跳中继系统的物理层安全传输方案.窃听节点与源和中继节点间都有直接链路.每个数据传输时隙分为能量采集和数据传输两个阶段,各节点用采集的能量发送信号.中继采用放大转发方式,目的节点发送人工噪声进行协作干扰,保护在两跳传输中传输的保密信息.以最大化保密速率为目标,对能量吸收和数据传输两阶段的时间分配比例系数和协作干扰功率分配因子进行优化.由于考虑了窃听节点在两跳传输中都能接收到信号的可能性,此方案更贴近实际,相应要解决的优化问题也更为复杂.采用迭代算法解决两变量的优化问题.仿真结果表明优化算法准确,优化后的协作干扰方案能显著提高系统的保密传输速率.2.研究由单天线的源节点,目的节点和多天线的中继节点各一个,并存在窃听节点的两跳无线网络中,在能量与信息同传时的物理层保密传输方案.窃听节点的位置和信道状态不可知,采用由目的节点在第1跳时发送人工噪声进行协作干扰的方式保护两跳传输中保密信息.中继节点采用携能通信工作模式,从接收的信号和人工噪声中提取能量用于信号的转发.第1跳时,中继节点的天线分为两组,分别用于保密信号的接收合并和能量的采集.在第2跳时,中继节点利用所有天线采用波束赋形技术转发信号.由于不能获得窃听信道状态信息,因此以最大化目的节点的速率为目的,对中继节点的转发波束赋形矢量进行优化,并给出一种次优的低复杂度的天线分组策略.仿真结果表明,提出的方案能获得可观的保密速率,提出的天线分组策略的性能明显优于功率分裂策略.
- 作者：
- 杨小燕
- 学位授予单位：
- 重庆邮电大学
- 专业名称：
- 信息与通信工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2017年
- 导师姓名：
- 雷维嘉
- 中图分类号：
- TN918
- 关键词：
- 物理层安全；协作干扰；能量采集；携能通信；天线分组
- physical layer security； cooperative jamming； energy harvest； simultaneous wireless information and power transfer； antenna grouping