23456

امنيت لايه فيزيكي در سيستم هاي موج ميليمتري مبتني بر سطوح بازتاب هوشمند

كارشناسي ارشد

مهندسي برق - مخابرات سيستم

1397

1399.12.12

دكتر سيد محمد رضوي زاده

-

مهندسي برق

سطوح بازتاب هوشمند در سيستم هاي مخابراتي بي سيم داراي ويژگي هايي همچون وزن كم، امكان نصب راحت بر روي سقف، ديوار و نماي ساختمان ها و همچنين سازگاري با سيستم هاي مخابراتي موجود مي باشند. اين ويژگي منجر به امكان استقرار اين سطوح در سيستم هاي بي سيم موجود بدون نياز به تغيير در استاندارد و سخت افزارها مي گردد. از سوي ديگر، يكي از راه حل هايي كه براي پاسخ به تقاضاي زياد كاربران شبكه هاي موبايل و به منظور افزايش ظرفيت ارتباطات در نسل هاي آينده اين شبكه ها پيشنهاد شده است، استفاده از فركانس هاي حامل بالاتر شامل فركانس هاي موج ميليمتري (30GHz تا 300GHz) است كه پهناي‌ باند در دسترس بيشتري را در شبكه فراهم مي‌آورد. با توجه به تلفات بالاي مسير در امواج ميليمتري، استفاده از سطوح بازتاب هوشمند در اين سيستم ها منجر به بهبود توان سيگنال دريافتي در گيرنده مي شود. مطالعه‌ي امنيت لايه فيزيكي كه از جمله‌ي مباحث مهم در امنيت شبكه هاي بي سيم بوده، در چنين سيستم-هايي نيز از اهميت ويژه‌اي برخوردار است. در اين پايان نامه به بررسي لينك فروسوي يك شبكه ي موج ميليمتري متشكل از يك ايستگاه پايه، تعدادي سطوح بازتاب هوشمند، تعدادي كاربر و در حضور يك شنودگر پرداخته شده است. مسئله ي بهينه‌سازي با متغيرهاي بهينه‌سازي بردارهاي شكل دهي پرتوي ارسالي و عناصر بازتاب دهنده ي IRSها به منظور بيشينه كردن كمترين نرخ محرمانگي كاربران تشكيل شده است. به منظور حل مسئله‌ي بهينه‌سازي نامحدب حاصل، با كمك الگوريتم تناوبي دو زير مسئله‌ي شكل‌دهي پرتو فعال و غيرفعال تشكيل داده ‌شده و هركدام از آن‌ها با استفاده از يك تقريب محدب جايگزين مي‌شوند. نتايج به دست آمده حاكي از آن است كه در سيستم هاي مبتني بر سطوح بازتاب هوشمند، با افزايش تعداد سطوح بازتاب هوشمند، توان ايستگاه پايه، تعداد عناصر بازتاب دهنده ي سطوح بازتاب هوشمند و تعداد آنتن هاي ايستگاه پايه، نرخ محرمانگي افزايش مي يابد.

1400/02/11

Physical Layer Security in Multi-IRS Millimeter Wave Networks

3/3/2022 12:00:00 AM

Intelligent Reflecting Surfaces (IRSs) in wireless systems are usually fabricated with light weight, the possibility of easy mount them on wall, ceiling, building facades and compatibility with existing communication systems. This features make it possible to deploy IRSs in existing wireless systems without the need for change their standardization and hardware. One of the technologies that has been proposed to meet the high demand of mobile networks and to increase communication capacity in future generations of these networks is the use of higher carrier frequencies including millimeter wave frequencies (30GHz to 300GHz), Which provides more available bandwidth on the network. On the other hand, due to the high path loss in Millimeter Wave (mmWave) systems, the use of IRSs in these systems leads to improved signal power at the receiver. Physical layer security, which is one of the most important issues in wireless networks, can also be studied in such systems. In this thesis, we study the problem of multi-IRS networks operating in the mmWave frequency bands in presence of several users and an eavesdropper. Our objective is to maximize the secrecy rate by jointly optimizing the active and passive beamformers at the base station and IRSs, respectively. The optimization problem is non-convex and hence, it is solved by decomposing into two disjoint active and passive beamforming design sub problems and then iteratively solved them by alternating and Semi-Definite Relaxation (SDR) techniques. Simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed algorithm and the advantages of using multiple IRSs in secrecy rate enhancement of the mmWave wireless networks.

مخابرات موج ميليمتري , سطوح بازتاب هوشمند , امنيت لايه فيزيكي , نرخ محرمانگي

mmWave communications , Intelligent Reflecting Surfaces (IRSs) , multiple IRSs , physical layer security , secrecy rate