基于物理層安全的D2D通信的資源調(diào)度研究.pdf

1、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，減少基站工作負擔等諸多作用。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)用戶復用同一段頻譜資源而導致的蜂窩鏈路和D2D鏈路的相互干擾問題成為了業(yè)界的研究的焦點。人們通常認為有害干

2、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。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-of-Service(QoS)服務質(zhì)量和優(yōu)化蜂窩用戶保密容量的資源管

3、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。
　　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，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。所建立的數(shù)學模型為非凸規(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。根

4、據(jù)數(shù)學問題的限制條件推導出一個關(guān)于信道信息的集合，被稱為準入?yún)^(qū)域，用來篩選D2D發(fā)射用戶候選者。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)。提出了D2D用戶的配對原則，用來解決準入?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。
　　其次析了在保證D2D鏈路QoS服務質(zhì)量的情

5、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服務質(zhì)量，同時增強D2D信號作為竊聽者D2D接收用戶的干擾作用，給予D2D通信速率一個下界閾值限制。求解這個數(shù)學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。提出了資源調(diào)度算法來求解非凸問題。通過求解，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用戶復用頻譜同時保障蜂窩用戶的保密容量為正值。求出了最大化蜂窩用