联合能量收集中继与全双工目的节点的安全资源分配方案

针对能量受限中继系统的无线物理层安全问题,提出了一种基于无线信能同传的安全传输方案。该方案在节点传输功率和中继收集能量等条件共同约束下,通过对功率分配因子和传输功率等参数的联合优化来实现系统保密速率最大化。对于提出的非凸优化问题,首先采用分步优化方法分别优化功率分配因子和传输功率,得到其闭式解,然后使用收敛迭代算法求出原问题的次优解。数值仿真分析了人工噪声强度、剩余自干扰大小、节点传输功率及中继放大倍数等不同因素对系统安全性能的影响。与传统的梯度下降法相比,所提联合优化算法在性能略好的前提下可降低时间复杂度80%以上。

全双工加扰的非可信中继系统的渐近性能分析

在物理层安全领域,协作中继技术因具备提升网络容量和扩展网络覆盖范围等优点,受到学术界广泛关注。但是,协作中继在某些时候可能存在非可信情形。基于此,在瑞利衰落信道下,为提升非可信中继系统安全性能,提出一种多天线全双工目的节点加扰(FDJ, full-duplex destination jamming)策略。为最大化系统安全容量,针对多天线目的节点提出一种切换分离式最优天线选择(OAS, optimal antenna selection)方案,并设计出信源和目的节点功率分配优化方案,给出相应的安全性能指标闭合表达式。在大规模天线下,推导出FDJ-OAS策略的遍历可达安全速率和瞬时安全容量下最优功率分配因子闭合表达式。在不同的渐近条件下,推导出FDJ-OAS策略的安全中断概率的渐近线闭合表达式。仿真结果显示,理论分析与蒙特卡洛仿真曲线十分吻合,FDJ-OAS策略的安全分集阶数与天线数呈正比,可实现天线全分集,凸显了FDJ-OAS策略的性能优越性。

无线Ad Hoc网络MAC层中针对FD中继的高效空间复用机制

随着自干扰(Self-Interference,SI)消除技术的进步,无线节点可以实现全双工(Full-Duplex,FD)通信。如果要求无线网络中的两跳路径采用FD中继节点,则其端到端的吞吐率可以得到提升。但是,FD节点也带来了新的干扰样式,需要在媒体访问控制(Media Access Control,MAC)层设计新的机制。FD中继节点可以向发送端发送补充信号以避免隐蔽终端问题,也可以直接将从发送端接收的信号转发给接收端。为了减小两个发送端发送信号占用的空间大小,分别建模和求解在这两种FD通信模式下它们发送功率的优化模型。随后,以单位面积的吞吐率为测度,判定节点采用的FD模式。仿真结果表明,在两种FD通信模式下对应两个发送端的发送功率和占用空间大小均有大幅降低。并且,根据节点SI系数,以及它与发送端和接收端之间的距离不同,中继节点的两种FD模式需要灵活选取以最大化单位面积的吞吐率。