基于全双工接收端的干扰对齐网络绿色保密通信研究

发布时间：2020-06-16 13:07

【摘要】：近年来,无线通信技术的迅速发展加重了无线通信系统设计中三个棘手的问题:干扰、安全以及能源消耗。干扰对齐、物理层安全以及无线信号与能量同时传输技术(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)分别在干扰管理、保密通信以及绿色通信方面都已经有了许多优秀的研究成果。如何将干扰对齐技术、物理层安全技术以及SWIPT技术进行联合设计研究,来提升系统性能具有重要意义。本文针对干扰对齐网络中的安全问题和能源消耗问题,分别运用物理层安全技术中的人工噪声辅助技术以及SWIPT技术实现保密绿色通信。首先,详细地阐述了典型干扰对齐网络模型的实现原理。然后,介绍了物理层安全和SWIPT中的关键技术。在此基础上讨论了在干扰对齐网络中引入人工噪声辅助技术以及SWIPT技术的必要性,并分别分析了两者在干扰对齐网络中的应用。为了提升干扰对齐网络的保密性能和能量采集效率,提出了一种在干扰对齐网络中利用全双工接收端发送人工噪声实现绿色保密通信的方案,并建立了网络模型。在该干扰对齐网络模型中,利用全双工接收端发送的人工噪声实现保密通信,同时利用SWIPT采集干扰信号和人工噪声的能量实现绿色通信。在此基础上,给出了基于网络模型的分布式干扰对齐算法以及SWIPT优化算法,并对网络模型的保密性能和能量采集效率与传统方案进行了对比。仿真结果表明,本文提出的方案能够达到传统干扰对齐网络的用户传输速率,同时系统的防窃听性能优于利用发送端发送人工噪声的方案,并且人工噪声的加入提高了系统的能量采集效率。为了进一步提升干扰对齐网络的性能,分析了中继协作技术对干扰对齐网络及其性能的影响,研究了中继干扰对齐网络中利用全双工接收端发送人工噪声实现绿色保密通信的方案。所提方案以中继干扰对齐网络为研究对象,利用全双工接收端发送的人工噪声实现保密通信,同时利用SWIPT采集干扰信号和人工噪声实现绿色通信。相应地,推导了该网络模型的分布式干扰对齐算法,对比了网络模型加入中继节点前后的用户的传输速率、窃听用户的窃听速率以及用户的能量采集效率。仿真结果表明,系统加入了中继节点后,在保证了原有的保密性能的同时,用户传输速率和能量采集效率得到了明显的提升。
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN918
【图文】：

模型图,通信信道,模型,中继

目的端将两个阶段接收到的两个信号进行合并。合并算法有最大比合并、选择合并、等增益合并算法等。图5.1 单中继协作通信信道模型Fig 5.1 Single relay cooperative communication channel model图 5.2 为多中继协作通信信道模型，包含了多个中继节点，假设系统中共有 K 个中继。该模型中，发送节点与目的节点之间的通信过程仍然可分为广播传输和多址接收两个阶段进行。第一阶段源节点广播其需要发送的数据，目的节点和所有的中继节点都接收该数据，目的节点可能因为干扰，噪声、传输距离过远等原因导致无法接收到发送端发送的信号。而系统中有较多中继时，选择部分中继来参与协作，系统的性能可能更好，可以按照一定的中继选择机制

模型图,中继,通信信道,模型

的分集增益，使得整个系统的性能得以提高。在多中继的协作通信模型中，中继选择算法不同，最终选择的中继也可能不同，系统最终能得到的分集增益也不同。图5.2 多中继协作通信信道模型Fig 5.2 Multi-relay cooperative communication channel model5.2.2 中继干扰对齐网络…发送端1……………。。。。。。…有用信号干扰信号发送端 K发送端 2接收端 1接收端 2接收端 K中继节点图 5.3 中继协作的多用户 MIMO 干扰对齐网络模型Fig 5.3 Multiuser MIMO IA-based network model with relay cooperation考虑中继协作时的干扰对齐网络。网络模型如图 5.3 所示，相较于传统的多用户

【参考文献】