无线携能网络的物理层安全传输技术研究

基本信息
批准号:61901490
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:23.00
负责人:牛和昊
学科分类:
依托单位:中国人民解放军国防科技大学
批准年份:2019
结题年份:2022
起止时间:2020-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:
关键词:
无线通信能量采集预编码波束成形物理层安全
结项摘要

Simultaneous wireless information and power transfer (SWIPT), is an effective technology to improve the energy efficiency in 5G and beyond wireless communication network. However, transmit information and energy simultaneously poses new challenges to security. This project investigates the physical layer security transmission technology in SWIPT network, aim to improve the secrecy performance and the resource utilization rate. By taking into consideration several practical factors, such as the imperfect channel state information and the non-linear energy harvesting model, we aim to design some key parameters such as the beamforming, precoding, artificial noise and power splitting ratio in different scenarios, and reveal the relationship between the secrecy performance with different signal transmission ways. Our method is mainly based on the convex optimization, robust optimization and matrix theory, which flexibly utilizes various methods such as the semi-definite relaxation, alternating optimization, successive convex approximation and Lagrange duality. Furthermore, to obtain the compromise between the security with other performances, we investigate the signal transmission method to meet other requirements, under the constraint of security. In addition, based on the multi-objective optimization theory, we design the optimization problem reasonably, to make full use of the resource. In general, the results of this project provide both theoretical guidelines and technical support for the information security transmission in SWIPT networks.

同时无线信息与能量传输,又称作无线携能通信,是提高5G及下一代无线通信网络能量利用率的有效技术。信息和能量同时传输对安全性提出了新的挑战。本项目以改善安全性和提高资源利用率为目标,研究无线携能网络中的物理层安全传输技术。考虑非精确信道状态信息、非线性能量采集等实际因素,以凸优化、鲁棒优化、矩阵论为主要理论依据,灵活运用半正定松弛、交替优化、连续凸近似、拉格朗日对偶等方法,解决不同场景下波束成形、预编码、人工噪声、功率分割因子等关键参数的设计问题,揭示不同的信号传输方式与安全性能间的关系。进一步,为获得安全性与其他性能的折衷,以多目标优化为理论依据,通过合理设计优化问题,研究满足安全条件下兼顾其他需求的信号传输方式,使资源得到充分利用,为无线携能网络的信息安全传输提供理论指导和技术支撑。

项目摘要

面对高增长的通信服务需求,为解决现有通信网络的有限带宽资源与无处不在的大量高速率传输需求之间的矛盾,本项目重点突破了MIMO-SWIPT物联网系统中保密鲁棒波束成形技术、基于智能反射面辅助的保密无线携能通信网络的鲁棒波束成形技术,建立了保密鲁棒波束成形理论体系,解决了信道估计精度不足导致通信系统设计的鲁棒性下降,极其受限的网络容量带来了可持续通信、信息安全问题和复杂的传输环境与信号的衰减难以保证信息的安全传输三大挑战。.通过本项目的研究,发现利用智能反射面智能调控和被动传输的特性对传输信号进行有效调控,满足特定场景中的通信需求。而且,理论和仿真上证明了智能反射面将进一步提升无线通信系统的保密性能。此外,本项目所提出的基于智能反射面辅助鲁棒波束成形技术为提升无线通信系统的安全性能提供了可行性方案。.依托本项目理论研究成果,共在国际权威期刊及顶级会议上发表论文共计12篇,其中一作/通信作者9篇,论文发表于包括权威期刊IEEE Journal on Selected Areas in Communications、IEEE Transactions on Wireless Communications、IEEE Transactions on Communications、 IEEE Internet of Things Journal等权威期刊和会议;在本项目研究过程中,共培养了博士生1名,硕士研究生3名;申请了国家发明专利2项。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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