19851

۱۹۸۵۱

انتقال امن توان و اطلاعات به‌صورت همزمان در سيستم‌هاي بي‌سيم انبوه آنتني

كارشناسي ارشد

مخابرات سيستم

۹۴-۹۷

۱۳۹۷/۴/۲۴

دكتر سيد محمد رضوي‌زاده

برق

رشد سريع مخابرات بي‌سيم در سال‌هاي اخير سبب افزايش چشمگير مصرف انرژي در حوزه‌ي سيستم‌هاي مخابراتي گرديده است. از اين رو دستگاه‌هاي مخابرات بي‌سيم با توان محدود، براي تأمين انرژي مورد نياز خود با مشكل مواجه شده‌اند. اخيراً دريافت انرژي از طريق سيگنال‌هاي راديويي موجود در محيط به عنوان يك منبع انرژي تجديدپذير پايدار و در دسترس مطرح شده است. همچنين با توجه به امكان حمل سيگنال اطلاعات توسط سيگنال‌هاي راديويي، انتقال توان به‌صورت همزمان از طريق سيگنال اطلاعات SWIPT به عنوان راهكاري نويد بخش مورد توجه قرار گرفته است. با توجه به اين‌كه در SWIPT سيگنال اطلاعات در فضاي آزاد منتشر مي‌شود، امكان اخلال يا شنود راديويي وجود دارد. از اين رو برقراري امنيت ارتباط در اين سيستم‌ها داراي اهميت است. با توجه به تأمين انرژي مورد نياز كاربران از طريق سيگنال ارسالي ايستگاه پايه درSWIPT و همچنين مصرف انرژي نسبتاً زياد روش‌هاي رمزنگاري، برقراري امنيت ارتباط به‌كمك روش‌هاي امنيت لايه‌ي فيزيكي صورت مي‌گيرد. در اين پايان نامه، يك سيستم SWIPT در حضور يك استراق سمع‌كننده‌ي فعال در نظر گرفته شده است. در اين سيستم، روش انبوه آنتني به دليل شكل‌دهي پرتو سيگنال به صورت متمركز، به‌منظور مقابله با شنود اطلاعات توسط استراق سمع‌كننده‌ به‌كار گرفته شده است. علاوه بر آن از سيگنال انرژي و نويز مصنوعي نيز به ‌منظور گمراهي استراق سمع‌كننده و همچنين افزايش انرژي دريافتي كاربر استفاده شده است. در اين كار نرخ محرمانگي به‌عنوان معياري براي ارزيابي امنيت ارتباط در نظر گرفته شده و كران پاييني براي آن بدست آورده شده است. سپس با توجه به قيودي پيرامون حداقل انرژي دريافتي لازم كاربر و حداكثر انرژي دريافتي استراق سمع‌كننده حداكثر‌سازي گرديده است. نتايج عددي درستي كران بدست آمده را تأييد مي‌كنند و همچنين نشان مي دهند كه به‌كارگيري سيگنال انرژي به‌منظور افزايش امنيت راهكاري موثر مي‌باشد.

1397/08/18

Secure Simultaneous Information and Power Transfer In Massive MIMO Systems

11/22/2019 12:00:00 AM

According to increasing growth of new technologies and battery powered wireless devices, limited battery life become an important factor in the design of modern wireless technologies and the need to use renewable energy sources was felt. Since common renewable energy sources such as solar and wind energy are weather dependent and not available indoors, energy harvesting from ambient radio frequency (RF) signals has drawn significant research interest. On the other hand according to conventional role of RF signals as information carrier, wireless information transfer (WIT) and wireless power transfer (WPT) at the same time become an interesting new area of research and simultaneously wireless information and power transfer (SWIPT) was proposed as emerging technology to solve energy problem in power constrained networks. Due to open nature of wireless channel and also transmitting the energy and information simultaneously, information in SWIPT systems is vulnerable to eavesdropping. Traditional encryption techniques due to complex encryption/decryption algorithms and energy consumption are not suitable to provide security SWIPT thus recently physical layer security technologies have enticed interests to guarantee secure communication in SWIPT systems by utilizing physical properties of wireless channels such as channel fading, noise and interference. Recently massive MIMO technique attracts attentions to ensure security of transmission. Due to the high resolution of spatial beamformers in massive MIMO, information leakage to illegal receivers can be reduced. In this thesis, a simultaneous wireless information and power transfer communication system enabled massive MIMO which is overheard by an eavesdropper is considered. It is assumed that the eavesdropper is an active eavesdropper and contribute in pilot training phase. In this system, base station (BS) transmits data using narrow beams to prevent information leakage. Also, BS transmits artificial noise and energy signal to increase energy harvesting and confound eavesdropper. The users and eavesdropper receivers employ power splitting scheme to decode information and harvest energy. The harvested energy will be used for information decoding and transmitting pilot signal to BS for downlink channel estimation by exploiting time division duplexing (TDD) channel reciprocity. To assess the security of transmission a closed form lower bound for achievable secrecy rate is derived. Providing secure transmission, the achievable secrecy rate is maximized subject to the minimum harvested energy required for the user and the maximum harvested energy for eavesdropper to restrict its performance.