多天线中继系统中基于无线携能通信的物理层安全传输方案

作     者：张广大 任清华 樊志凯 ZHANG Guangda;REN Qinghua;FAN Zhikai

作者机构：空军工程大学信息与导航学院陕西西安710077 中国电子科技集团公司航天信息应用技术重点实验室河北石家庄050081 

出 版 物：《系统工程与电子技术》 (Systems Engineering and Electronics)

年 卷 期：2023年第45卷第6期

页      面：1856-1865页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0835[工学-软件工程] 

基　　金：国家重点实验室合作基金(kx162600022)资助课题 

主　　题：物理层安全 协作中继 无线携能通信 Q学习 功率分裂 遍历可达保密速率 

摘      要：针对多天线协作中继系统中存在信号处理能量受限和保密信息安全传输的问题和挑战,提出了一种基于无线携能通信和友好干扰信号辅助的两阶段物理层安全传输方案。首先,建立了基于放大转发中继模式的多天线中继系统模型。其次,考虑多窃听者非合谋窃听的场景,分析了系统能量与信息的传输过程,以最大化系统保密性能为目标,分别提出了最优传输天线选择策略和基于Q学习(Q-learning)算法的最优干扰天线选择策略。接着,推导出系统遍历可达保密速率(ergodic achievable secrecy rate, EASR)的表达式。最后,利用蒙特卡罗仿真方法验证了理论推导的正确性,并讨论了发射信噪比、功率分裂(power splitting, PS)因子及功率分配系数等参数对系统保密性能的影响。仿真结果表明,所提出的传输方案相比现有的安全传输方案,系统保密性能有较大的提升。