基于物理層保密通信理論的D2D通信安全傳輸技術(shù)研究.pdf

1、Device-to-Device(D2D)通信技術(shù)作為一種終端直通技術(shù)被引入到蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，因其具有高速率、低延遲、低消耗的特點，在無線通信網(wǎng)絡(luò)中具有廣闊的應(yīng)用前景。由于無線信道的開放性，基于終端直通機(jī)制的D2D通信更易受到同一網(wǎng)絡(luò)中其它用戶的竊聽和干擾。因此，研究蜂窩網(wǎng)絡(luò)中D2D安全傳輸問題具有非常重要的研究意義。本文的主要研究內(nèi)容如下。
　　本文首先對單小區(qū)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中D2D安全傳輸問題進(jìn)行建模，給出基于物理層安全技術(shù)的D2D安全

2、傳輸模型的評價指標(biāo)，在此基礎(chǔ)上提出一種單小區(qū)場景下基于凸優(yōu)化技術(shù)的D2D安全傳輸波束賦形策略。該策略在理想CSI（信道狀態(tài)信息）條件下，以用戶的傳輸速率和系統(tǒng)保密容量為約束條件，以最小化系統(tǒng)功率為目標(biāo)建立優(yōu)化模型，并應(yīng)用凸優(yōu)化的相關(guān)算法對該模型進(jìn)行求解，得到了基站的最優(yōu)發(fā)射方案。此外，對有限反饋信息條件下的最小化系統(tǒng)功率優(yōu)化模型進(jìn)行了研究，結(jié)合Charnes-Cooper變換和S-Procedure定理，提出了一種在有限信息反饋條件下單

3、小區(qū)場景D2D安全傳輸?shù)木哂恤敯粜缘牟ㄊx形策略。
　　D2D通信安全問題多發(fā)生在多個相鄰蜂窩小區(qū)相交且能被所有基站發(fā)射范圍覆蓋的邊緣區(qū)域。鑒于上述多小區(qū)場景，本文對蜂窩網(wǎng)絡(luò)中D2D通信下行鏈路的安全傳輸問題進(jìn)行了研究，提出了一種基于多小區(qū)協(xié)作的D2D安全傳輸聯(lián)合波束賦形策略。即考慮在理想CSI的情況下，結(jié)合多小區(qū)協(xié)作技術(shù)和波束賦形預(yù)編碼技術(shù)，以系統(tǒng)中各小區(qū)的合法接收終端的信息速率和本地小區(qū)的安全傳輸速率為約束條件，以最小化系統(tǒng)總

4、功率為目標(biāo)建立優(yōu)化模型。通過引入半正定松弛算法和高斯隨機(jī)化方法對該模型進(jìn)行求解，最終得到各個小區(qū)基站的最優(yōu)發(fā)射功率及發(fā)射方案。
　　針對有限信息反饋條件下的單小區(qū)場景的D2D安全傳輸問題，本文提出的以最小化系統(tǒng)總功率為優(yōu)化目標(biāo)的D2D安全傳輸波束賦形策略能夠保證系統(tǒng)的安全傳輸;針對發(fā)生在多個蜂窩小區(qū)相交邊緣區(qū)域的D2D安全傳輸問題，本文提出的基于多小區(qū)協(xié)作的聯(lián)合波束賦形安全傳輸策略能有效降低系統(tǒng)的總功率。仿真實驗結(jié)果驗證了以上策略