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能量收集系统中基于能量协同和协同干扰的保密传输方案
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" \1 I1 c+ Y/ [摘要:研究节点具备能量收集能力的中继窃听信道保密速率的优化问题,提出一种基于人工噪声协同干扰和节点间能量协同的物理层安全传输策略.各节点采用储能-发送模式工作,即先收集能量,再用于数据传输.中继节点采用放大转发方式,目的节点发送人工噪声进行协同干扰.由于中继节点所需功耗较高,目的节点将用于发送干扰之外的剩余能量转移给中继节点.给出以最大化保密速率为目标函数,优化能量吸收时间比例系数和干扰功率分配因子的两步优化算法.仿真结果表明人工噪声和能量协同的引入能有效提高系统的保密传输速率.
: B, ~# k0 x4 n! [. c关键词:保密速率;能量收集;能量协同;协同干扰;物理层安全3 w g5 R9 `6 m+ f- ^0 h. z
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1引言
) b9 c& \8 }% C: ~$ e, {无线通信系统中信号传输的开放性使得信息安全问题十分突出.随着计算机技术的发展,仅依靠计算复杂度来保证信息安全的高层加密方法面临巨大的挑战.近年来学术界开始研究如何在物理层上提高信息传输的安全性. Wyner首先提出了窃听信道模型",指出合法用户信道要优于窃听信道,才能获得可用的安全容量.利用多天线、协同中继、协同干扰等技术可突破信道条件的制约,提高系统保密速率.协同中继技术通过用户协同可提高传输性能,增加通信距离.协同干扰(Cooperative Jamming,CJ)技术[2是由合法接收者或者友好辅助者发送特定的人工噪声(Artificial Noise ,AN )，使窃听信道的噪声水平高于主信道.将协同中继和协同干扰技术相结合可有效提高安全性能[3~5].文献[3]针对两跳放大转发( Amplify and Forward ,AF)中继窃听信道提出两种协同干扰策略,分别由源和中继引入干扰信号,并以最大化保密速率为目标优化消息信号和干扰信号之间的功率分配.文献[4]采用AF和C混合方案,由目的节点发送干扰,根据信道状态信息的可用情况,给出了三种最小化安全中断概率的干扰功率分配方案.文献[5]在中继系统中,提出选择一个中继节点进行放大转发、其他节点进行协同干扰的传输策略，并对中继选择策略、干扰波束赋形,以及中继转发信号和发送干扰的功率分配进行了优化.+ I7 T! _2 x$ t2 I) q
在传统的能量受限的无线通信系统中,如传感网、自组织网等,通常由电池供能,需要定期对电池进行充电或更换,成本较高且不方便.从环境中收集能量是一种更绿色的方式,能提供近乎不受限制的能源供应.文献[6]中,假定发射机为储能-发送模型,在确定和随机的能量吸收速率两种情况下,对能量吸收比例进行优化以最大化系统吞吐量.文献[7]分析了能量收集模型下,高斯中继信道吞吐量的最大化问题.该模型中源和中继发送信号的能量均来自于收集的能量.2 n6 s3 d3 P+ _+ s! Q- D6 d$ A
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发表于 2020-12-28 14:59
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