【摘要】：無(wú)人機(jī)(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)中繼保密通信系統(tǒng)是一種基于物理層安全傳輸技術(shù)并搭載中繼UAV的通信系統(tǒng)。與傳統(tǒng)UAV輔助中繼通信系統(tǒng)相比,UAV中繼保密通信系統(tǒng)具有信息傳輸可靠性強(qiáng)、竊聽(tīng)成功概率低等優(yōu)點(diǎn)。然而,UAV的快速移動(dòng)性和續(xù)航有限性,使UAV中繼保密通信系統(tǒng)安全性能明顯降低。因此,為提高UAV中繼保密通信系統(tǒng)安全性,論文對(duì)UAV節(jié)點(diǎn)航跡規(guī)劃方法和系統(tǒng)安全性能展開(kāi)相關(guān)研究。論文主要工作內(nèi)容如下:(1)針對(duì)單跳UAV通信系統(tǒng)傳輸安全性及能量效率提高問(wèn)題,論文提出基于保密能量效率最大化準(zhǔn)則的UAV航跡規(guī)劃方法。首先根據(jù)遍歷保密容量和系統(tǒng)總能耗推導(dǎo)出保密能量效率的近似表達(dá)式,然后,基于保密能量效率最大化準(zhǔn)則結(jié)合分式規(guī)劃算法給出中繼UAV飛行軌跡優(yōu)化方法,最后,利用仿真模擬軟件驗(yàn)證所提優(yōu)化方案的合理正確性。(2)針對(duì)單輸入單輸出(Single-Input Single-Output,SISO)的UAV中繼通信系統(tǒng)物理安全性改善問(wèn)題,論文提出基于凸優(yōu)化理論的UAV中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率與飛行軌跡聯(lián)合優(yōu)化方案。首先,建立SISO-UAV中繼網(wǎng)絡(luò)存在竊聽(tīng)節(jié)點(diǎn)(Eavesdropper,EVE)的系統(tǒng)模型,根據(jù)模型確定各個(gè)節(jié)點(diǎn)信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)的表達(dá)式及統(tǒng)計(jì)特性,給出系統(tǒng)保密容量的閉合解析式,并基于保密容量最大化準(zhǔn)則對(duì)UAV中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率與運(yùn)行軌跡進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化,然后結(jié)合泰勒級(jí)數(shù)推導(dǎo)出保密中斷概率表達(dá)式,最后,基于計(jì)算機(jī)仿真分析所提優(yōu)化方案的系統(tǒng)安全性能。(3)為提高多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)的UAV中繼通信系統(tǒng)物理層安全性,論文提出基于保密容量最大化準(zhǔn)則的接收波束成形和UAV航跡優(yōu)化方法。首先,建立MIMO-UAV中繼保密通信系統(tǒng)模型,給出由波束成形矢量及飛行航向角聯(lián)合確定的保密容量表達(dá)式,并基于系統(tǒng)保密容量最大化準(zhǔn)則采用凸優(yōu)化算法來(lái)優(yōu)化目的節(jié)點(diǎn)波束成形權(quán)值和UAV中繼節(jié)點(diǎn)飛行軌跡,然后利用各個(gè)節(jié)點(diǎn)SNR的統(tǒng)計(jì)特性計(jì)算出保密中斷概率的具體表達(dá)式,最后,基于仿真模擬軟件驗(yàn)證所提方案的準(zhǔn)確有效性。
【圖文】：

2-1保密通信系統(tǒng)模型圖2-1是保密通信系統(tǒng)模型。系統(tǒng)由發(fā)送節(jié)點(diǎn)(Alice)、接收節(jié)點(diǎn)(Bob)和竊聽(tīng)節(jié)點(diǎn)(EVE)組成。其中，Alice作為通信基站，向地面用戶節(jié)點(diǎn)Bob傳輸有用信號(hào)，與此同時(shí)EVE可以非法接收Alice發(fā)送的信息。假設(shè)Alice-Bob鏈路為主信道，，Alice-EVE鏈路為竊聽(tīng)信道，此時(shí)Bob與EVE節(jié)點(diǎn)的接收信號(hào)分別為B A AB By P h x n(2.1)E A AE Ey P h x n(2.2)式中， AP是Alice節(jié)點(diǎn)配置天線的發(fā)射功率；x是Bob與EVE處的接收信號(hào)； ABh和 AEh分別是Alice-Bob與Alice-EVE鏈路的信道衰落系數(shù)； Bn和 En是Bob與EVE處接收的復(fù)高斯白噪聲，分別服從 20,B 和 20,E 。根據(jù)式(2.1)和(2.2)

0.1b it /s。圖2-2是以平均功率為變量的遍歷保密容量圖，其中，“×”型曲線表示主信道與竊聽(tīng)信道CSI皆已知的遍歷保密容量，“○”型曲線表示主信道CSI已知而竊聽(tīng)信道CSI未知，EVE節(jié)點(diǎn)采用可變速率方案，系統(tǒng)基于固定發(fā)射功率的遍歷保密容量，“□”型曲線表示主信道CSI已知而竊聽(tīng)信道CSI未知，EVE節(jié)點(diǎn)采用可變速率方案，系統(tǒng)基于最優(yōu)發(fā)射功率的遍歷保密容量，“☆”型曲線表示EVE節(jié)點(diǎn)采用固定速率方案
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)民航大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TN918;V279

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本文編號(hào)：2599162