D2D使能蜂窝网络中存在主动窃听者的物理层安全研究

罗屹洁 崔 丽 杨 旸

(陆军工程大学通信工程学院，江苏南京 210007)

1 引言

D2D通信作为5G移动通信系统的一个重要使能技术，最近成为一个研究热点。D2D通信是指在蜂窝移动通信的基础上，不借助基站而进行的移动用户之间短距离的直接通信，它可以与蜂窝用户共享有限的频谱资源，并降低数据传输的功率消耗，因此能够有效提升整个网络的频谱效率和能量效率。D2D用户在与蜂窝用户共享频谱资源的同时，会给基站与蜂窝用户之间的通信引入干扰，因此大部分关于D2D通信的研究都集中在干扰避免和资源分配方面[1-2]。

虽然D2D通信的引入会对蜂窝用户的通信造成干扰，但同时也会干扰窃听者的窃听，通过恶化窃听信道来改善蜂窝用户的安全性能。因此从物理层安全角度考虑，有一些研究将D2D通信视为蜂窝通信的友好干扰来提升蜂窝用户的安全可达速率。如文献[3]引入有向图匹配的方法，研究如何有效引入D2D通信来提升蜂窝系统的安全容量；而文献[4]提出了一种基于物理层安全的联合功率和接入控制的算法来优化D2D用户的选择机制。文献[5]将蜂窝用户和D2D用户之间的频谱共享方式建模为联盟博弈，目标是改进系统的安全速率以及和速率。提升蜂窝用户安全速率的方式，一种是通过友好干扰的方式来恶化窃听信道，另一种是通过协同中继的方式提升蜂窝用户的可达速率。以上提到的研究都是将D2D之间的通信作为蜂窝用户的友好干扰来提升蜂窝系统的安全容量，而将D2D作为协同中继来提升蜂窝用户安全可达速率的研究较少。……