作為一種分布式的虛擬多天線傳輸技術，協同傳輸通信技術融合了分集與中繼傳輸的技術優勢，在不增加天線的基礎上，可在傳統網絡中實現并獲得多天線與多跳傳輸的性能增益，從而提高系統的傳輸性能，帶來了無線通信領域的巨大變革^［1］。對任何通信系統而言，信息傳輸的安全性、可靠性、有效性同等重要，都直接決定著系統的可用性。而在協同傳輸通信系統中，采用中繼節點進行信息的協同傳輸雖然提高了信息傳輸的可靠性和有效性，但卻使信息傳輸面臨著嚴重的安全威脅。因為無線信道的開放性可使信號傳播范圍內的所有接收機均有可能接收到發射信號，給無線通信帶來了嚴重的安全威脅，而且協同傳輸系統中中繼節點的介入會使得系統子信道數大為增加，這樣系統中傳輸的信息更容易被他人竊聽。

在傳統的陸地無線通信系統中，文獻［2-5］提出中繼協同技術能有效擴大無線網絡的覆蓋范圍，并提高無線系統的物理層安全容量。文獻［6-8］利用中繼協同技術提高了無線通信系統的安全容量，相比于傳統的直傳鏈路和輪回調度方法，顯著增強了無線通信系統的安全性。文獻［9-10］聯合考慮了中繼與干擾技術，通過增加人工干擾進一步改善了無線傳輸的保密性。此外，物理層安全技術利用無線信道特性可以實現輕量級的安全加密，近年來也引起了廣泛的研究興趣。文獻［11］驗證了在傳感器網絡中可以利用物理層安全技術實現可靠通信。文獻［12］分析了引入協作干擾后傳感器網絡的安全性能，并且推導出安全容量的閉式表示。當網絡為雙向中繼網絡時，文獻［13］提出了一種最優的能量分配方式以最大化網絡總的安全速率。針對射頻無線充能的多天線傳感器網絡，文獻［14］提出了一個兩階段的安全傳輸協議，通過對發送功率、信息波束成型等參數進行聯合優化以提高網絡的安全能量效率。

然而，傳統思維陸地通信系統物理層安全中，通常采用固定式的或者準靜態的中繼節點，因此無線通信的物理層安全中中繼節點的位置對合法鏈路的鏈路質量具有較大的影響。此外，在一些特殊的場景中，例如戰場上，戰場態勢是不斷變化的，采用固定的中繼節點很顯然不能滿足特殊的需求。近年來，由于無人機具有多種優勢，例如高速移動性、低成本、按需部署等，無人機在無線通信中得到廣泛使用。現有的無人機協作通信在提高物理層安全方面主要通過博弈建模［15-16］、功資源管理［17-18］、軌跡優化［19-20］等方式。

本文主要研究了無人機作為中繼節點的協同傳輸通信系統。在源節點、目的節點與竊聽節點位置固定的前提下，充當中繼的無人機在源節點與目的節點之間來回飛行，可以減小信息接收與中繼轉發階段的信息傳輸距離，進而降低信息傳輸過程中的大尺度損耗。對于竊聽節點，無人機中繼的運動是隨機的，因此相比于主信道，竊聽信道容量不能獲得相應的改善，從而有效提高了無人機中繼系統的安全容量。此外，在信息傳輸中，通過在源節點加入人工干擾噪聲的方式減少額外噪聲節點給網絡帶來的開銷。文中通過與采用固定中繼節點的對比得出采用無人機中繼的方式能有效提高系統的安全容量。此外，在信源端發送功率一定的條件下存在最佳功率分配方案，可使系統安全容量達到最大值。

本文詳細內容請下載:http://www.shi-ke.cn/resource/share/2000003110

作者信息：