多天线携能通信系统中的物理层安全研究

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1、多天线携能通信系统中的物理层安全研究张子平张邦宁陡军工程大学通信工程学院摘要:针对多天线无线携能单用户多入多出（Multiple-InputMultiple-Output,MIMO）系统，在能量塔采用时隙切换方案的基础上，考虑信源采用最大比传输、接收方采用选择合并方案、窃听方采用最大比合并方案情况，针对窃听信道的信道状态信息己知和未知的情况，分别推导出系统安全中断概率、窃听概率和遍历安全容量的理论表达式，并通过蒙特卡洛仿真验证了理论表达式的准确性。结果表明，多天线在窃听信道平均信噪比较低的场景下对系统

2、安全性能的提升更为显著;时隙切换因子、发送端能量转换效率的提高对系统窃听概率的降低无贡献，但能降低系统安全中断概率或提高系统遍历安全容量。关键词：无线携能通信;物理层安全;安全性能;最人比传输;作者简介：张子平（1993—），男，硕士研宄生，主要研宄方向:物理层安全;作者简介：郭道省（1973—），男，博士，教授，主耍研究方向：卫星通信；作者简介：张邦宁（1963一），男，博士，教授，主要研究方向：卫星通信。收稿日期：2017-09-01基金：江苏省&然科学基金项目（BK20141069）Resear

3、chonPhysicalLayerSecurityinMulti-antennaPoweredCommunicationSystemZHANGZipingGUODaoxingZHANGBangningCollegeofCommunicationEngineering，TheArmyEngineeringUniversityofPLA;Abstract：Inthispaper,withfocusonmulti-antennawirelesspoweredmultiple-inputmultiple-ou

4、tputsystem,onthebasisofthetimeslotswitchingscheme,atransmissionschemeisconsidered,inwhichthesourceadoptsmaximumratiotransmission,thereceiveradoptsselectioncombiningschemewhereastheeavesdropperadoptsmaximumratiocombiningscheme.Thetheoreticalexpressionoft

5、hesecrecyoutageprobability,eavesdroppingprobabilityandergodicsecrecycapacityofthesystemarededucedrespectivelywhenthechannelstateinformationisknownorunknown,andareverifiedbyMonteCarlosimulation.Theresultsshowthattheimprovementofsystemsecurityperformanceb

6、ymulti-antennainlowaverageSNRwiretapchannelismoreremarkable,andtheincreaseofthetimeslotswitchingfactorandtheenergyconversionefficiencyatthetransmitterhavenocontributiontothereductionoftheeavesdroppingprobability，buttheycanalsoreducethesecrecyoutageproba

7、bilityorimprovetheergodicsecrecycapacity.Keyword：simultaneouswirelessinformationandpowertransfer;physicallayersecurity;securityperformance;maximumratiotransmission;Received：2017-09-010引言随着近场通信(NearFieldCommunication,NFC)、无线传感网络(WirelessSensorNetworks,WS

8、Ns)等新型无线网络结构的出现，无线终端设备对能量的需求越来越高，传统的有线充电或电池供电方式制约了无线通信的可扩展性、可持续性和移动性。基于此，无线携能通信(SimultaneousWirelessInformationandPowerTransfer,SWIPT)系统应运而生，其利用现有无线通信技术，在信息传输的同时进行能量采集(EnergyHarvest,EH),极大地提高了系统的频带效率与能量效率，具有重要的实践意义和研究价值。自Varshney