為了解決全雙工能量受限中繼網(wǎng)絡(luò)的無線物理層安全問題,提出了一種基于能量和信息聯(lián)合傳輸?shù)陌踩ㄊ尚畏椒?在滿足中繼節(jié)點和能量收集節(jié)點收集能量的約束條件下,通過聯(lián)合優(yōu)化能量信號協(xié)方差矩陣、波束成形矩陣和功率分配因子,實現(xiàn)了系統(tǒng)安全速率最大化.目標問題是非凸的,采用分步優(yōu)化方法將原始問題轉(zhuǎn)化為2個子問題.將第1個子問題轉(zhuǎn)化為雙層優(yōu)化問題,外層優(yōu)化問題采用一維搜索求解,內(nèi)層優(yōu)化問題采用半定松弛技術(shù)解決;然后通過一維搜索得到第2個子問題的最優(yōu)解.仿真結(jié)果表明,提出的方法顯著提高了系統(tǒng)的安全速率. 

【文章來源】：北京郵電大學學報. 2020年02期 北大核心

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

全雙工能量受限中繼網(wǎng)絡(luò)

圖3給出了在中繼節(jié)點所需能量的最小值變化時3種方法安全速率的比較．從圖中可以看出，當PR,min≤30 dB時，3種方法的安全速率均沒有變化，本文提出的方法的安全速率明顯高于其他2種方法．其原因在于中繼節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)所需的能量較小，不會對目的節(jié)點的信干噪比造成影響，且中繼采用全雙工工作方式可以從自干擾信號中收集能量提高了中繼節(jié)點收集能量的效率．當PR,min≥30 d B時，3種方法的安安全性能均有所降低．這是因為中繼節(jié)點收集能量較多使中繼轉(zhuǎn)發(fā)信號的功率較少，降低了目的節(jié)點的信干噪比，從而降低了系統(tǒng)的安全速率．圖4給出了在能量收集節(jié)點C所需能量最小值變化時3種方法安全速率的比較．從比較的結(jié)果可以看出，隨著能量收集節(jié)點C所需能量的最小值不斷增大，所提出的方法的安全性能微弱的減小，而其他2種方法的安全性能急劇減小．隨著能量收集節(jié)點C所需能量最小值的增大，所提出方法的優(yōu)勢越來越明顯．這表明在中繼處發(fā)射能量信號有利于能量收集節(jié)點收集能量．此外，采用本文所提出方法，在系統(tǒng)中增加能量收集節(jié)點對系統(tǒng)的安全速率影響非常小，而其他2種方法對系統(tǒng)的安全速率產(chǎn)生的影響很大．

圖2給出了在源節(jié)點功率變化時3種方法安全速率的比較．從實驗結(jié)果可以看出，隨著源節(jié)點發(fā)射功率的增加，3種方法的安全速率均增加．當PA=35 dB時，所提出的方法比人工噪聲方法和無噪聲方法分別高出0.506 6 dBm和0.646 5 dBm．在源節(jié)點發(fā)射功率較小時，人工噪聲方法和無噪聲方法的性能相近，但人工噪聲方法略微優(yōu)于無人工噪聲方法．這表明在源節(jié)點發(fā)射功率較小時應該將大部分功率用于轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的安全速率才能提高．觀察圖2可以看出，所提出的方法的安全速率明顯高于其他2種方法，并且其優(yōu)勢隨著源節(jié)點的發(fā)射功率增大而增大．人工噪聲方法與無噪聲方法相比，提高的幅度不大，這是因為中繼發(fā)射人工噪聲干擾竊聽節(jié)點的同時也降低了目的節(jié)點的信干燥比，而本文提出的方法在顯著降低竊聽信道質(zhì)量的同時不會對合法信道造成影響．圖3給出了在中繼節(jié)點所需能量的最小值變化時3種方法安全速率的比較．從圖中可以看出，當PR,min≤30 dB時，3種方法的安全速率均沒有變化，本文提出的方法的安全速率明顯高于其他2種方法．其原因在于中繼節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)所需的能量較小，不會對目的節(jié)點的信干噪比造成影響，且中繼采用全雙工工作方式可以從自干擾信號中收集能量提高了中繼節(jié)點收集能量的效率．當PR,min≥30 d B時，3種方法的安安全性能均有所降低．這是因為中繼節(jié)點收集能量較多使中繼轉(zhuǎn)發(fā)信號的功率較少，降低了目的節(jié)點的信干噪比，從而降低了系統(tǒng)的安全速率．

【參考文獻】：
期刊論文
[1]多天線中繼系統(tǒng)中人工噪聲輔助的安全波束成形[J]. 張立健,金梁,劉璐,羅文宇.  通信學報. 2014(11)



本文編號：2928938