本文關(guān)鍵詞：基于物理層安全的D2D通信的資源調(diào)度研究

  更多相關(guān)文章： Device-to-Device 通信 干擾管理 物理層安全 保密容量 資源調(diào)度

【摘要】：Device-to-Device(D2D)通信作為LTE-Advanced中的新技術(shù)之一,帶動了蜂窩網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。D2D通信具有提高頻譜利用率,增大蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍,減少基站工作負(fù)擔(dān)等諸多作用。這為蜂窩用戶呈爆炸式增長,無線頻譜資源日益緊張的問題帶來明顯的緩解。因此,D2D通信引起了業(yè)界關(guān)注。由于D2D通信可以在基站的控制下與蜂窩網(wǎng)絡(luò)用戶復(fù)用同一段頻譜資源而導(dǎo)致的蜂窩鏈路和D2D鏈路的相互干擾問題成為了業(yè)界的研究的焦點(diǎn)。人們通常認(rèn)為有害干擾是影響D2D通信適用于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的唯一限制,卻忽略了D2D通信對蜂窩網(wǎng)絡(luò)安全性帶來的影響。本文進(jìn)行了D2D通信干擾管理與蜂窩用戶信息物理層安全的聯(lián)合研究。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)行了物理場景的建立來分析D2D鏈路的接收用戶作為潛在的竊聽者對蜂窩信息安全性造成的影響。我們分別提出了最小化蜂窩信息泄露速率和優(yōu)化系統(tǒng)總速率的調(diào)度與功率控制算法以及保證D2D鏈路的Quality-ofService(QoS)服務(wù)質(zhì)量和優(yōu)化蜂窩用戶保密容量的資源管理算法,以消除有害的相互干擾同時保證蜂窩用戶信息的安全性。我們首先分析了在限制蜂窩信息的泄露情況下如何優(yōu)化蜂窩用戶和D2D用戶的速率和。為了保證蜂窩用戶的信息安全和蜂窩鏈路的QoS服務(wù),我們給予了蜂窩信息速率一個下界閾值限制,給予了蜂窩泄露信息速率一個上界閾值限制。求解這樣的數(shù)學(xué)模型就可以保證同時解決D2D通信帶來的相互有害干擾和蜂窩信息泄露的不良影響。我們所建立的數(shù)學(xué)模型為非凸規(guī)劃,無法直接求解。我們提出了資源調(diào)度算法求解非凸問題。我們根據(jù)數(shù)學(xué)問題的限制條件推導(dǎo)出一個關(guān)于信道信息的集合,被稱為準(zhǔn)入?yún)^(qū)域,用來篩選D2D發(fā)射用戶候選者。我們求出了最優(yōu)功率的閉式解以最大化系統(tǒng)總速率,并且利用閉式解來分析系統(tǒng)總速率的性質(zhì)。我們提出了D2D用戶的配對原則,用來解決準(zhǔn)入?yún)^(qū)域中出現(xiàn)多個D2D發(fā)射用戶候選者的情況。分析和仿真結(jié)果都表明所提的算法可以同時解決干擾管理問題和抑制蜂窩網(wǎng)絡(luò)的信息泄露問題,并且在提高蜂窩網(wǎng)絡(luò)吞吐量方面有著卓越的效果。我們其次析了在保證D2D鏈路QoS服務(wù)質(zhì)量的情況下如何優(yōu)化蜂窩用戶保密容量的問題。為了保證D2D鏈路的QoS服務(wù)質(zhì)量,同時增強(qiáng)D2D信號作為竊聽者D2D接收用戶的干擾作用,我們給予D2D通信速率一個下界閾值限制。求解這個數(shù)學(xué)模型就是在保證蜂窩用戶信息安全的基礎(chǔ)上增大蜂窩系統(tǒng)的吞吐量。然而這個問題仍為一個難以求解的非凸問題。我們提出了資源調(diào)度算法來求解非凸問題。通過求解,我們提出了蜂窩用戶的調(diào)度區(qū)域-安全區(qū)域來篩選出蜂窩用戶與D2D用戶復(fù)用頻譜同時保障蜂窩用戶的保密容量為正值。我們求出了最大化蜂窩用戶保密容量的功率閉式解,并且利用它來分析蜂窩保密容量的性質(zhì)。我們提出了蜂窩用戶與D2D用戶對的配對原則。仿真結(jié)果描述了安全區(qū)域的性質(zhì)并且評估了功率算法的性能。同時仿真結(jié)果表明,我們提出的功率控制方案可以有效提高蜂窩用戶的保密容量,保證蜂窩鏈路和D2D鏈路的正常通信。我們所做的貢獻(xiàn)可以用來解決任意竊聽者竊聽與D2D用戶對配對的蜂窩用戶信息的情況下的保護(hù)信息安全與減少有害干擾的問題。
【關(guān)鍵詞】：Device-to-Device 通信 干擾管理 物理層安全 保密容量 資源調(diào)度
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN929.5
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 英文縮略語表13-14
• 第一章 緒論14-22
• 1.1 研究背景和意義14
• 1.2 D2D通信技術(shù)14-17
• 1.2.1 D2D通信介紹和研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.2 D2D通信現(xiàn)狀分析16-17
• 1.3 本文研究內(nèi)容17-19
• 1.3.1 系統(tǒng)總速率優(yōu)化及蜂窩信息泄露速率抑制18-19
• 1.3.2 蜂窩用戶保密容量優(yōu)化19
• 1.4 本文的主要工作及章節(jié)安排19-22
• 第二章 D2D通信概述22-34
• 2.1 引言22
• 2.2 D2D通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)22-26
• 2.2.1 D2D通信在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用模型22-23
• 2.2.2 D2D通信建立機(jī)制23-24
• 2.2.3 D2D用戶與蜂窩用戶的資源分配方式24-25
• 2.2.4 D2D和蜂窩網(wǎng)絡(luò)的相互干擾25-26
• 2.3 蜂窩網(wǎng)絡(luò)控制下的D2D通信的物理層安全概述26-31
• 2.3.1 蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的物理層安全概述26-27
• 2.3.2 蜂窩網(wǎng)絡(luò)中竊聽模型27-28
• 2.3.3 信息安全和物理層安全研究現(xiàn)狀28-30
• 2.3.4 面向嵌入D2D通信的蜂窩系統(tǒng)的物理層安全研究現(xiàn)狀30-31
• 2.4 蜂窩網(wǎng)絡(luò)的資源調(diào)度31-32
• 2.4.1 功率控制31
• 2.4.2 多信道分配31-32
• 2.5 本章小結(jié)32-34
• 第三章 總速率優(yōu)化和蜂窩信息泄露抑制的研究34-50
• 3.1 系統(tǒng)模型和數(shù)學(xué)建模34-37
• 3.1.1 物理場景34-35
• 3.1.2 數(shù)學(xué)問題建模35-37
• 3.2 資源調(diào)度算法37-45
• 3.2.1 準(zhǔn)入?yún)^(qū)域控制原則37-40
• 3.2.2 功率控制分配方案40-44
• 3.2.3 D2D用戶配對原則44
• 3.2.4 資源調(diào)度算法小結(jié)44-45
• 3.3 數(shù)值仿真設(shè)計45-49
• 3.3.1 準(zhǔn)入?yún)^(qū)域仿真設(shè)計45-46
• 3.3.2 功率分配方案性能46-49
• 3.4 本章小結(jié)49-50
• 第四章 蜂窩保密容量優(yōu)化和D2D通信質(zhì)量的研究50-66
• 4.1 引言50
• 4.2 系統(tǒng)模型和數(shù)學(xué)建模50-53
• 4.2.1 系統(tǒng)模型51-52
• 4.2.2 數(shù)學(xué)建模52-53
• 4.3 資源調(diào)度算法53-60
• 4.3.1 安全區(qū)域53-54
• 4.3.2 最優(yōu)功率控制方案54-59
• 4.3.3 蜂窩用戶選擇59
• 4.3.4 結(jié)論59-60
• 4.4 數(shù)值仿真60-64
• 4.4.1 安全區(qū)域仿真60-62
• 4.4.2 功率控制算法評估62-63
• 4.4.3 結(jié)論63-64
• 4.5 本章小結(jié)64-66
• 第五章 全文總結(jié)66-72
• 5.1 系統(tǒng)總速率優(yōu)化和蜂窩信息泄露抑制研究總結(jié)66-68
• 5.2 蜂窩用戶的保密容量優(yōu)化及D2D鏈路Qo S保證研究總結(jié)68-69
• 5.3 研究展望69-72
• 參考文獻(xiàn)72-78
• 致謝78-80
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄80-82
• 攻讀學(xué)位期間參與的項(xiàng)目82

【相似文獻(xiàn)】

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本文編號：878905