基于SWIPT技术的多天线系统安全通信与能量效率研究
发布时间：2021-08-26 21:28
无线携能通信技术是近几年新兴起的一种绿色通信技术,能够充分挖掘潜藏在射频信号中的能量。在不影响用户正常解码信息的前提下,该技术能够有效将射频信号转化为直流功率,为能量受限设备供电,目前已经成为了热门的研究方向之一。然而,频谱资源的稀缺以及信道衰落等因素的存在,限制了无线携能通信技术的发展。此外,由于无线通信网络的广播特性,用户的个人信息极易被窃听者截获,因此保证用户信息安全也成了携能通信技术所面临的挑战之一。近年来,多天线技术和物理层安全技术的快速发展,为携能通信技术克服以上困难提供了新的思路。基于此,研究携能多天网络的物理层安全问题变得极具现实意义。本文着眼于携能MISO和MIMO网络,在保证信息安全传输的前提下,提出了使能量效率最大化的资源分配算法。本文的具体研究内容,主要分为以下几部分:（1）在下行SWIPT MISO广播网络中,研究了多用户能量效率最大化问题。由于窃听用户的存在,又引入防窃听机制以保证授权用户的信息安全。在能量收集层面,为了防止授权用户能量供应不足和能量转换效率低下等问题,引入了一种新的EH模型,并基于该模型建立一种基于连续凸逼近算法的迭代优化方法,得到了满足用...
【文章来源】：河北工程大学河北省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MIMO系统图
河北工程大学硕士学位论文14yHWx+n，(2-1)其中，HNMC是信道系数矩阵；xMNC是来自基站的归一化功率信号；WMMC代表基站预编码矩阵；1nNC则表示接收器天线引入的零均值加性高斯白噪声(AdditiveWhiteGaussianNoise，AWGN)向量，协方差为2IN。现将SWIPT技术运用在图2-1所示的MIMO系统中，那么接收器端就需同时具备能量收集和信息解码功能。目前，PS和TS机制作为接收器端的两种主流的信息传输机制，已经受到了学术界和工业界的广泛认可。2.1.1PS机制下携能MIMO网络信息传输模型图2-2基于PS机制的接收器结构Fig2-2ReceiverstructurebasedonPSmechanism图2-2给出了基于PS机制的接收器内部结构。当来自基站的射频信号被接收器接收之后，功率分流器会将其分为两股功率流，其中1部分输送给能量收集器，其收集到的能量负责协助接收器对信息的处理，剩余部分输送给信息译码器，其收集到的功率用于信息解码。上述[0,1]代表功率分割因子。基于此，接收器端的能量收集器接收到的信号可表示为式(2-2)，y1(HWx+n)EH，(2-2)信息译码器所接收到的信号则可表示为式(2-3)，y(HWx+n)+nIDID，(2-3)其中，2n(0,I)IDIDN:CN是信息译码电路将频带信号转化为基带信号时产生的高斯白噪声，2ID代表噪声功率。(1)能量收集根据式(2-2)，能够得到接收器端的能量收集器接收到信号功率为：2(1)HWWH+IHHinNPTr.(2-4)
河北工程大学硕士学位论文16图2-3基于TS机制的接收器结构Fig2-3ReceiverstructurebasedonTSmechanism(1)能量收集由于接收机采用TS机制进行信息传递，因此接收器端的能量收集器接收到信号功率为：2HWWH+IHHinNPTr，(2-8)根据式(2-8)，可以求出基于线性能量收集技术所采集到的能量为式(2-9)，21HWWH+IHHlinearNETTr，(2-9)基于非线性能量收集技术采集到的能量可表示为式(2-10)，11exp(())1exp()111exp()innonlinearaPbabETabMM.(2-10)(2)信息处理采用TS机制的接收机与PS机制类似，信息译码器接收到信息之后，先进行采样，再将采样信号转化为基带信号进行解码，该机制下的接收机速率可表示为：2222logHWWHIIIHHNNIDNR.(2-11)2.2携能多天线网络资源优化概述随着通信技术的跨越式发展，全球网络用户数量迅速扩张，随之产生的还有各种衍生智能设备和不断更新变化的服务需求。然而现存网络频谱资源的匮乏以及较低的资源利用率，无疑与用户不断增长的服务质量需求形成了对立。不加节制的消耗网络资源，无益于无线通信网络的可持续发展，也无法从根本上满足通
【参考文献】：
期刊论文
[1]MIMO技术的发展与应用[J]. 樊宗渤. 通讯世界. 2016(22)
[2]基于自适应的去天线相关性方法[J]. 武萌,尹训锋,苏奎锋. 火力与指挥控制. 2006(S1)
[3]微波输电，现代化建设的生力军[J]. 林为干,赵愉深,文舸一,邓扬建. 科技导报. 1994(03)
硕士论文
[1]无线中继网络中基于携能通信技术的联合资源分配算法[D]. 柳颖.河北工程大学 2017
[2]无线携能通信系统物理层安全传输设计研究[D]. 王少行.南京邮电大学 2016
[3]基于SWIPT的MIMO中继信道传输策略优化研究[D]. 陈恩民.南昌大学 2015
[4]基于AMPSK调制的无线携能通信技术研究[D]. 郑祖翔.东南大学 2015
本文编号：3364998
【文章来源】：河北工程大学河北省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MIMO系统图
河北工程大学硕士学位论文14yHWx+n，(2-1)其中，HNMC是信道系数矩阵；xMNC是来自基站的归一化功率信号；WMMC代表基站预编码矩阵；1nNC则表示接收器天线引入的零均值加性高斯白噪声(AdditiveWhiteGaussianNoise，AWGN)向量，协方差为2IN。现将SWIPT技术运用在图2-1所示的MIMO系统中，那么接收器端就需同时具备能量收集和信息解码功能。目前，PS和TS机制作为接收器端的两种主流的信息传输机制，已经受到了学术界和工业界的广泛认可。2.1.1PS机制下携能MIMO网络信息传输模型图2-2基于PS机制的接收器结构Fig2-2ReceiverstructurebasedonPSmechanism图2-2给出了基于PS机制的接收器内部结构。当来自基站的射频信号被接收器接收之后，功率分流器会将其分为两股功率流，其中1部分输送给能量收集器，其收集到的能量负责协助接收器对信息的处理，剩余部分输送给信息译码器，其收集到的功率用于信息解码。上述[0,1]代表功率分割因子。基于此，接收器端的能量收集器接收到的信号可表示为式(2-2)，y1(HWx+n)EH，(2-2)信息译码器所接收到的信号则可表示为式(2-3)，y(HWx+n)+nIDID，(2-3)其中，2n(0,I)IDIDN:CN是信息译码电路将频带信号转化为基带信号时产生的高斯白噪声，2ID代表噪声功率。(1)能量收集根据式(2-2)，能够得到接收器端的能量收集器接收到信号功率为：2(1)HWWH+IHHinNPTr.(2-4)
河北工程大学硕士学位论文16图2-3基于TS机制的接收器结构Fig2-3ReceiverstructurebasedonTSmechanism(1)能量收集由于接收机采用TS机制进行信息传递，因此接收器端的能量收集器接收到信号功率为：2HWWH+IHHinNPTr，(2-8)根据式(2-8)，可以求出基于线性能量收集技术所采集到的能量为式(2-9)，21HWWH+IHHlinearNETTr，(2-9)基于非线性能量收集技术采集到的能量可表示为式(2-10)，11exp(())1exp()111exp()innonlinearaPbabETabMM.(2-10)(2)信息处理采用TS机制的接收机与PS机制类似，信息译码器接收到信息之后，先进行采样，再将采样信号转化为基带信号进行解码，该机制下的接收机速率可表示为：2222logHWWHIIIHHNNIDNR.(2-11)2.2携能多天线网络资源优化概述随着通信技术的跨越式发展，全球网络用户数量迅速扩张，随之产生的还有各种衍生智能设备和不断更新变化的服务需求。然而现存网络频谱资源的匮乏以及较低的资源利用率，无疑与用户不断增长的服务质量需求形成了对立。不加节制的消耗网络资源，无益于无线通信网络的可持续发展，也无法从根本上满足通
【参考文献】：
期刊论文
[1]MIMO技术的发展与应用[J]. 樊宗渤. 通讯世界. 2016(22)
[2]基于自适应的去天线相关性方法[J]. 武萌,尹训锋,苏奎锋. 火力与指挥控制. 2006(S1)
[3]微波输电，现代化建设的生力军[J]. 林为干,赵愉深,文舸一,邓扬建. 科技导报. 1994(03)
硕士论文
[1]无线中继网络中基于携能通信技术的联合资源分配算法[D]. 柳颖.河北工程大学 2017
[2]无线携能通信系统物理层安全传输设计研究[D]. 王少行.南京邮电大学 2016
[3]基于SWIPT的MIMO中继信道传输策略优化研究[D]. 陈恩民.南昌大学 2015
[4]基于AMPSK调制的无线携能通信技术研究[D]. 郑祖翔.东南大学 2015
本文编号：3364998
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