蜂窝网络下中继D2D系统的保密速率研究

发布时间：2022-02-09 22:20

　　对蜂窝网络下中继D2D系统中蜂窝用户的物理层安全性能进行了研究,实现了既满足D2D对的传输速率要求,又提升蜂窝用户的保密速率的双赢局面.在空闲的蜂窝用户中挑选中继节点,将D2D对的干扰看作友好干扰,构建了多约束的非凸混合整数优化模型,通过分层求解,提出了单用户场景下的功率控制算法和多用户场景下的信道分配算法.仿真结果表明:功率和信道的联合优化算法与通信系统中随机接入算法相比,能够在满足约束条件的同时提升蜂窝用户的保密速率,增强物理层安全性能. 

【文章来源】：北京交通大学学报. 2020,44(02)北大核心CSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

蜂窝网络下中继D2D系统模型

如图2所示,采用二分图 G=( V,E ) 建模.V表示顶点的合集,包括互不相交的顶点集合C和顶点集合D,C中的v C m 表示CUm,D中的v D n 表示第n对D2D.E是图中边的合集,E关联着C和D中的顶点,代表D2D对复用蜂窝用户的频谱资源.权值Wm,n代表D2D对处于复用模式下,蜂窝用户的保密速率值.式(25)转化为带权二分图的最优匹配问题,结合KM (Kuhn-Munkres)的算法思想求得最优解ρ*m,n.算法流程如下:综上,本文可以得到D2D对复用CU的时候,满足D2D对通信速率要求的条件下,最大化蜂窝用户保密速率时,最优的基站发射功率、最优的D2D对功率及最大化保密速率和最优的信道分配.

本节通过Matlab仿真结果对单用户场景下功率算法和多用户场景下信道分配算法的性能进行验证.考虑一个单小区网络,仿真参数设计如下:小区半径500 m,蜂窝用户个数、D2D对数、中继个数均为10,CU-BS最小距离为25 m,D2D-R最大距离为50 m,基站发射功率最大值为43 dBm,D2D功率最大值为25 dBm,噪声功率谱密度为-174 dBm/Hz,路径损耗指数为3.5,D2D最小传输速率1 bps/Hz,小尺度衰落为瑞利衰落.蜂窝网络下中继D2D通信系统的场景仿真图如图3所示.基站位于蜂窝小区的中心,一个窃听用户、多个蜂窝用户和多对D2D通信对随机分布.其中蜂窝用户距离基站的最小距离限制为25 m,D2D到中继的最大距离约束为50 m,D2D通信对复用蜂窝用户的频谱资源.图4给出了在满足D2D对传输速率大于1 bps/Hz的条件下,是否运用功率控制算法时,蜂窝用户的平均保密速率和的变化曲线.可以看出,随着蜂窝用户数目的增多,CU的平均保密速率和逐渐增加,并且不管有多少蜂窝用户,进行功率优化后的保密速率和都比以随机功率进行发送时的保密速率和大,由此可以进一步说明通过合理的功率控制可以提升蜂窝用户的保密速率值.

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于链路间干扰辅助的中继D2D系统安全通信方法[J]. 朱宸,黄开枝,康小磊,钟州.  电子学报. 2017(06)



本文编号：3617740