對蜂窩網(wǎng)絡下中繼D2D系統(tǒng)中蜂窩用戶的物理層安全性能進行了研究,實現(xiàn)了既滿足D2D對的傳輸速率要求,又提升蜂窩用戶的保密速率的雙贏局面.在空閑的蜂窩用戶中挑選中繼節(jié)點,將D2D對的干擾看作友好干擾,構建了多約束的非凸混合整數(shù)優(yōu)化模型,通過分層求解,提出了單用戶場景下的功率控制算法和多用戶場景下的信道分配算法.仿真結果表明:功率和信道的聯(lián)合優(yōu)化算法與通信系統(tǒng)中隨機接入算法相比,能夠在滿足約束條件的同時提升蜂窩用戶的保密速率,增強物理層安全性能. 

【文章來源】：北京交通大學學報. 2020,44(02)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

蜂窩網(wǎng)絡下中繼D2D系統(tǒng)模型

如圖2所示,采用二分圖 G=( V,E ) 建模.V表示頂點的合集,包括互不相交的頂點集合C和頂點集合D,C中的v C m 表示CUm,D中的v D n 表示第n對D2D.E是圖中邊的合集,E關聯(lián)著C和D中的頂點,代表D2D對復用蜂窩用戶的頻譜資源.權值Wm,n代表D2D對處于復用模式下,蜂窩用戶的保密速率值.式(25)轉化為帶權二分圖的最優(yōu)匹配問題,結合KM (Kuhn-Munkres)的算法思想求得最優(yōu)解ρ*m,n.算法流程如下:綜上,本文可以得到D2D對復用CU的時候,滿足D2D對通信速率要求的條件下,最大化蜂窩用戶保密速率時,最優(yōu)的基站發(fā)射功率、最優(yōu)的D2D對功率及最大化保密速率和最優(yōu)的信道分配.

本節(jié)通過Matlab仿真結果對單用戶場景下功率算法和多用戶場景下信道分配算法的性能進行驗證.考慮一個單小區(qū)網(wǎng)絡,仿真參數(shù)設計如下:小區(qū)半徑500 m,蜂窩用戶個數(shù)、D2D對數(shù)、中繼個數(shù)均為10,CU-BS最小距離為25 m,D2D-R最大距離為50 m,基站發(fā)射功率最大值為43 dBm,D2D功率最大值為25 dBm,噪聲功率譜密度為-174 dBm/Hz,路徑損耗指數(shù)為3.5,D2D最小傳輸速率1 bps/Hz,小尺度衰落為瑞利衰落.蜂窩網(wǎng)絡下中繼D2D通信系統(tǒng)的場景仿真圖如圖3所示.基站位于蜂窩小區(qū)的中心,一個竊聽用戶、多個蜂窩用戶和多對D2D通信對隨機分布.其中蜂窩用戶距離基站的最小距離限制為25 m,D2D到中繼的最大距離約束為50 m,D2D通信對復用蜂窩用戶的頻譜資源.圖4給出了在滿足D2D對傳輸速率大于1 bps/Hz的條件下,是否運用功率控制算法時,蜂窩用戶的平均保密速率和的變化曲線.可以看出,隨著蜂窩用戶數(shù)目的增多,CU的平均保密速率和逐漸增加,并且不管有多少蜂窩用戶,進行功率優(yōu)化后的保密速率和都比以隨機功率進行發(fā)送時的保密速率和大,由此可以進一步說明通過合理的功率控制可以提升蜂窩用戶的保密速率值.

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于鏈路間干擾輔助的中繼D2D系統(tǒng)安全通信方法[J]. 朱宸,黃開枝,康小磊,鐘州.  電子學報. 2017(06)



本文編號：3617740