論文題目：認知無線網絡中基于無人機輔助的安全傳輸機制研究
摘要：第五代移動通信（the Fifth Generation Mobile Communication,5G）網絡逐步實現商業化部署,促進了新技術與新業務的快速發展。在5G網絡中,頻譜效率是一項關鍵的效率指標。無線頻譜是一種不可或缺并且有限的珍貴資源,然而,在當前大多數應用場景中,頻譜資源利用效率普遍不高。認知無線電（Cognitive Radio,CR）技術通過應用多種頻譜共享方法,能夠有效地提高頻譜資源利用效率。由于無線信號具有開放性,認知無線網絡中信息傳輸可能會遭到非法用戶惡意竊聽,因此,認知無線網絡中的安全傳輸問題需要結合5G典型場景的通信需求進行深入探討。無人機（Unmanned Aerial Vehicle,UAV）由于具有靈活部署、較強視距（Line-of-Sight,LoS）鏈路等特點,與人工噪聲技術（Artificial Noise,AN）相結合,為實現認知無線網絡中的安全傳輸提供了一種解決思路。無人機作為傳輸人工噪聲的干擾器,能夠對非法竊聽者產生有效的干擾。為了實現安全傳輸,需要根據實際場景的要求部署無人機位置以及對無線資源進行分配與調度,從而增強無人機對非法竊聽者的干擾效果,同時盡量降低無人機對合法用戶的影響。本文引入無人機輔助安全傳輸技術,結合覆蓋式與襯底式兩種頻譜共享方法,針對典型場景展開研究。本文在無人機輔助的覆蓋式認知無線網絡場景中,提出了一種基于頻譜感知與無人機資源分配的安全傳輸方案。在覆蓋式頻譜共享方法中,無人機通過頻譜感知來判斷主用戶信道當前的接入狀態,并決定作為友好干擾器或者次級用戶發射機。同時,引入了功率分配比來配置無人機的傳輸功率。在該場景中,以系統安全傳輸速率為優化目標,對頻譜感知時間、無人機功率分配比以及無人機部署位置進行聯合優化。在求解過程中,采用自適應慣性粒子群算法對所提優化問題進行求解。仿真結果表明,與現有文獻中的兩種基于無人機輔助的認知無線網絡安全傳輸方案對比,提出的方案具有更好的安全傳輸性能。本文在無人機輔助的襯底式認知無線網絡場景中,提出了一種基于邊際效應（Marginal Utility,MU）的次級網絡傳輸功率動態分配方案。經研究發現,在無人機作為次級網絡中的輔助干擾器時,主用戶安全傳輸速率的增量隨著次級網絡傳輸功率的增大而減小,將其對應建模為經濟學中的邊際效應模型。在該場景中,以主用戶安全傳輸性能為主,將次級網絡傳輸功率按照邊際效應變化規律進行動態分配,并對無人機的部署位置進行優化,實現主用戶安全傳輸速率最大化。在求解過程中,采用二分精度直線搜索算法對該問題進行求解。仿真結果表明,與現有的兩種對比方案比較,所提方案通過降低邊際效應的影響,有效地提升了主用戶的安全傳輸性能。
關鍵詞：認知無線網絡;無人機;人工噪聲;安全傳輸;資源分配
學科專業：電子與通信工程（專業學位）
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
1.1 研究背景與意義
1.2 國內外研究現狀
1.3 認知無線網絡關鍵技術概述
1.4 論文的主要工作和章節安排
第二章 認知無線網絡中的安全傳輸機制
2.1 認知無線網絡與非法竊聽
2.1.1 認知無線網絡安全問題概述
2.1.2 認知無線網絡中的非法竊聽
2.2 人工噪聲技術
2.2.1 人工噪聲技術概述
2.2.2 人工噪聲在認知無線網絡中的應用
2.3 無人機輔助安全傳輸機制
2.3.1 無人機部署與安全傳輸
2.3.2 無人機資源分配與安全傳輸
2.4 本章小結
第三章 基于頻譜感知與無人機資源分配的安全傳輸方案
3.1 引言
3.2 系統模型
3.3 方案設計與實現
3.3.1 問題描述及建模
3.3.2 認知頻譜分析
3.3.3 安全傳輸機制
3.4 仿真及性能分析
3.4.1 仿真場景描述
3.4.2 仿真結果分析
3.5 本章小結
第四章 基于邊際效應的無人機部署與資源動態分配方案
4.1 引言
4.2 系統模型
4.3 方案設計與實現
4.3.1 問題描述及建模
4.3.2 邊際效應分析
4.3.3 無人機部署
4.4 仿真及性能分析
4.4.1 仿真場景描述
4.4.2 仿真結果分析
4.5 本章小結
第五章 總結與展望
5.1 全文工作總結
5.2 下一步的工作
參考文獻
致謝