无线通信中基于强化学习的天线选择研究
发布时间：2022-01-16 06:15
随着5G信息技术的快速发展,信息安全成为人们热切关注的问题。一方面,由于在无线通信网络中,多媒体具有广播的特性,导致一些未经合法授权的网络节点也可接收信源节点传输的密码信息,这极大的限制了无线通信系统的安全性能。同时,随着终端设备数量的增加和网络结构的复杂化,人们对移动通信的传输速率和服务质量提出了更高的要求。因此,保障信息安全传输与提高信息传输可靠性在物理层安全通信网络中变得十分重要。另一方面,无线通信设备使用电池供电的工作方式的人工维护成本较高,且无法满足频繁通信的能量需求。为此,学者们提出了一种从射频信号中采集能量的绿色通信技术,该技术的应用极大地提高通信设备的工作效率。然而,随着网络结构逐渐趋于复杂化,传统基于数值分析建模的无线通信系统的性能分析过程变得十分繁杂。为了克服这种研究难点,学者们曾尝试结合机器学习算法与无线通信系统来研究系统的性能分析问题,并取得了很好的成绩。近年来,无监督的强化学习算法是通信领域内学者们探究机器学习算法潜在优势的另一个研究热点。利用强化学习算法训练无线通信网络,可让系统内各终端节点之间进行互动学习,并利用学习到的经验数据使系统自适应的给出一种当前时...
【文章来源】：华侨大学福建省
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Agent与Environment互动学习的流程图
第2章基于多用户分集的非可信中继系统安全性能分析272.5仿真结果与分析此节主要针对本节中所提安全传输方案在瑞利衰落信道下进行的MonteCarlo仿真，并且验证了所提方案的有效性和正确性。首先，我们分析不同的系统参数对无线通信网络的遍历安全性能的影响。然后探究了无线通信系统在非线性能量采集电路下的可达安全速率最大化问题。为了方便表述，令协作中继上没有采用天线选择策略的方案为传统方案，即中继上指定两根天线工作模式；令协作中继上选择最好的天线用于接收信息为所提方案；而选择最差的天线用于信息接收为最小选择策略，除了在协作中继上采用不同选择策略外，均使用相同的技术处理。在无额外说明时，均设置0N1、0.7、N1、信源与协作中继和协作中继与目的节点和FJ与协作中继之间的距离设置为22jrrdsrddd。为了方便数据处理，令SJPPP、K12和IJ100，以及系统中节点i到节点j之间路径的平均信道功率设置为mijijd，其中m2.7为路径损耗指数。本章节在信源与协作中继之间不选择信道质量最差的信道传输信息，而是选择质量最好的信道。这主要因为系统中设置信源与FJ节点的功率相等（SJPPP），当选择质量最差信道时，会导致FJ干扰功率过大。图2.2遍历可达安全速率在不同传输功率下变化趋势如图2.2所示为系统的遍历可达安全速率在三种不同传输方案下，随P增加后的变化趋势。从图中可得，解析结果的性能曲线与仿真曲线在给定的传输功率区间内基本拟合，这证明了数值分析结果的正确性。当所提方案中选择信道
华侨大学硕士学位论文28质量第三好的目的节点作为合法接收节点的方案（当N3）所获得的遍历可达安全性能与传统方案基本一致。其次，当所提方案中选择信道质量最好的目的节点接收信息时（当N1）的遍历安全性能增益最大。由此可知，采用一种好的机会式选择传输策略可有效的提升系统的安全性能，且可在一定程度上避免无线信道资源的浪费。图2.3所示为不同传输方案下，PS系数与遍历安全可达速率之间的关系。设置P20dB和0.5，以及N2时的方案作为基准方案。从图2.3中遍历安全可达速率先增加然后再下降的趋势可知，系统中肯存在一个最优的*值使得无线通信系统中的遍历可达安全速率最大。随着从0到*不断的增加，系统的遍历可达安全速率也会增加；但是当继续增加超过*点后，再增加会导致系统的遍历安全速率不断下降，直至为0。很明显，在*0区间增加时，协作中继上接收的信号功率中大部分功率会被用于信息处理和只有少量的功率用于EH，因此遍历可达安全速率在不断增加。但是当在*1变化时，只有少量接收的信号功率会被信息处理消耗和大部分接收的信号功率被EH浪费，因而导致系统的遍历可达安全速率在不断的减少。图2.3遍历可达安全速率在不同PS下变化趋势图2.4所示为不同传输方案下，系统的遍历可达安全速率在不同的路径损耗因子下的变化曲线。从图中可知，随着m的增加，所述的安全传输方案下的遍历可达安全速率性能曲线都呈现下降的趋势，且本模型中所提出的安全传输方案下的性能增益要优于其他几种基准方案，且最小策略所获得的遍历可达安全
【参考文献】：
期刊论文
[1]Deep Learning for Wireless Physical Layer: Opportunities and Challenges[J]. Tianqi Wang,Chao-Kai Wen,Hanqing Wang,Feifei Gao,Tao Jiang,Shi Jin. 中国通信. 2017(11)
[2]Power Allocation for Wireless Powered MIMO Transmissions with Non-Linear RF Energy ConversionModels[J]. Liqin Shi,Liqiang Zhao,Kai Liang. 中国通信. 2017(02)
[3]A Comprehensive Survey of TDD-Based Mobile Communications Systems from TD-SCDMA 3G to TDLTE-Advanced 4G and 5G directions[J]. CHEN Shanzhi,SUN Shaohui,WANG Yingmin,XIAO Guojun,Rakesh Tamrakar. 中国通信. 2015(02)
[4]Energy Efficiency Optimization in Relay-Assisted Networks with Energy Harvesting Relay Constraints[J]. ZHAO Ming,ZHAO Jing,ZHOU Wuyang,ZHU Jinkang,ZHANG Sihai. 中国通信. 2015(02)
本文编号：3592100
【文章来源】：华侨大学福建省
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Agent与Environment互动学习的流程图
第2章基于多用户分集的非可信中继系统安全性能分析272.5仿真结果与分析此节主要针对本节中所提安全传输方案在瑞利衰落信道下进行的MonteCarlo仿真，并且验证了所提方案的有效性和正确性。首先，我们分析不同的系统参数对无线通信网络的遍历安全性能的影响。然后探究了无线通信系统在非线性能量采集电路下的可达安全速率最大化问题。为了方便表述，令协作中继上没有采用天线选择策略的方案为传统方案，即中继上指定两根天线工作模式；令协作中继上选择最好的天线用于接收信息为所提方案；而选择最差的天线用于信息接收为最小选择策略，除了在协作中继上采用不同选择策略外，均使用相同的技术处理。在无额外说明时，均设置0N1、0.7、N1、信源与协作中继和协作中继与目的节点和FJ与协作中继之间的距离设置为22jrrdsrddd。为了方便数据处理，令SJPPP、K12和IJ100，以及系统中节点i到节点j之间路径的平均信道功率设置为mijijd，其中m2.7为路径损耗指数。本章节在信源与协作中继之间不选择信道质量最差的信道传输信息，而是选择质量最好的信道。这主要因为系统中设置信源与FJ节点的功率相等（SJPPP），当选择质量最差信道时，会导致FJ干扰功率过大。图2.2遍历可达安全速率在不同传输功率下变化趋势如图2.2所示为系统的遍历可达安全速率在三种不同传输方案下，随P增加后的变化趋势。从图中可得，解析结果的性能曲线与仿真曲线在给定的传输功率区间内基本拟合，这证明了数值分析结果的正确性。当所提方案中选择信道
华侨大学硕士学位论文28质量第三好的目的节点作为合法接收节点的方案（当N3）所获得的遍历可达安全性能与传统方案基本一致。其次，当所提方案中选择信道质量最好的目的节点接收信息时（当N1）的遍历安全性能增益最大。由此可知，采用一种好的机会式选择传输策略可有效的提升系统的安全性能，且可在一定程度上避免无线信道资源的浪费。图2.3所示为不同传输方案下，PS系数与遍历安全可达速率之间的关系。设置P20dB和0.5，以及N2时的方案作为基准方案。从图2.3中遍历安全可达速率先增加然后再下降的趋势可知，系统中肯存在一个最优的*值使得无线通信系统中的遍历可达安全速率最大。随着从0到*不断的增加，系统的遍历可达安全速率也会增加；但是当继续增加超过*点后，再增加会导致系统的遍历安全速率不断下降，直至为0。很明显，在*0区间增加时，协作中继上接收的信号功率中大部分功率会被用于信息处理和只有少量的功率用于EH，因此遍历可达安全速率在不断增加。但是当在*1变化时，只有少量接收的信号功率会被信息处理消耗和大部分接收的信号功率被EH浪费，因而导致系统的遍历可达安全速率在不断的减少。图2.3遍历可达安全速率在不同PS下变化趋势图2.4所示为不同传输方案下，系统的遍历可达安全速率在不同的路径损耗因子下的变化曲线。从图中可知，随着m的增加，所述的安全传输方案下的遍历可达安全速率性能曲线都呈现下降的趋势，且本模型中所提出的安全传输方案下的性能增益要优于其他几种基准方案，且最小策略所获得的遍历可达安全
【参考文献】：
期刊论文
[1]Deep Learning for Wireless Physical Layer: Opportunities and Challenges[J]. Tianqi Wang,Chao-Kai Wen,Hanqing Wang,Feifei Gao,Tao Jiang,Shi Jin. 中国通信. 2017(11)
[2]Power Allocation for Wireless Powered MIMO Transmissions with Non-Linear RF Energy ConversionModels[J]. Liqin Shi,Liqiang Zhao,Kai Liang. 中国通信. 2017(02)
[3]A Comprehensive Survey of TDD-Based Mobile Communications Systems from TD-SCDMA 3G to TDLTE-Advanced 4G and 5G directions[J]. CHEN Shanzhi,SUN Shaohui,WANG Yingmin,XIAO Guojun,Rakesh Tamrakar. 中国通信. 2015(02)
[4]Energy Efficiency Optimization in Relay-Assisted Networks with Energy Harvesting Relay Constraints[J]. ZHAO Ming,ZHAO Jing,ZHOU Wuyang,ZHU Jinkang,ZHANG Sihai. 中国通信. 2015(02)
本文编号：3592100
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