21395

21395

كنترل توان در سيستم‌هاي انبوه آنتني مجهز به SWIPT به‌ منظور افزايش نرخ محرمانگي

كارشناسي ارشد

مخابرات سيستم

1395

1398/6/26

دكتر سيد محمد رضوي زاده

برق

ابزارهاي موجود در شبكه‌هاي بي‌سيم مانند حس‌گرهاي موجود در شبكه‌هاي اينترنت اشيا، داراي تغذيه توان محدود هستند. براي حل اين مشكل مي‌توان از فناوري انتقال همزمان اطلاعات و توان به‌صورت بي‌سيم (SWIPT) بهره برد. در سيستم‌هاي SWIPT مشابه ساير سيستم‌هاي مخابرات بي‌سيم، امنيت لايه فيزيكي شامل مقابله با اخلال و شنود از اهميت زيادي برخوردار است. در اين پايان‌نامه به مسئله امنيت لايه فيزيكي در سيستم‌هاي SWIPT انبوه آنتني براي مقابله با شنود مي‌پردازيم. در سيستم مورد بررسي تعدادي گيرنده توان تك آنتني و يك گيرنده اطلاعات تك آنتني وجود دارد كه گيرنده‌هاي توان در فاصله كمتري از ايستگاه پايه چندآنتني نسبت به گيرنده اطلاعات هستند. همچنين گيرنده‌هاي توان به‌عنوان شنودگران بالقوه درنظرگرفته مي‌شوند. ازاين‌رو با افزايش توان ارسالي علاوه بر بهبود نرخ اطلاعات، نرخ محرمانگي كاهش مي‌يابد. در اين پايان‌نامه با كنترل توان ارسالي تلاش مي‌شود كه يك مصالحه بين انتقال امن اطلاعات و بازدهي انتقال توان برقرار كنيم؛ بنابراين مسئله مورد نظر به اين صورت است كه نرخ محرمانگي براي گيرنده اطلاعات، با توجه به محدوديت انرژي برداشت شده توسط كاربران انرژي، بيشينه شود. از آنجايي كه مسئله طرح شده غيرمحدب است، پاسخ كارآمد وجود ندارد؛ لذا براي حل آن از يك الگوريتم بهينه‌سازي عددي مبتني بر روش ADMM براي رسيدن به جواب بهينه بهره مي‌بريم. سرانجام با كمك تحليل‌هاي رياضي و شبيه‌سازي كامپيوتري نشان مي‌دهيم كه در يك سيستم SWIPT انبوه آنتني مي‌توان علاوه بر بهبود انتقال توان بي‌سيم، به يك نرخ محرمانگي مناسب رسيد.

1398/09/18

Power Control in SWIPT Massive MIMO Systems for Increasing the Secrecy Rate

9/16/2020 12:00:00 AM

Most devices in wireless networks, such as sensors in IoT networks, have limited power supply. To solve this problem one can use Simultaneous Wireless Information and Power Transfer (SWIPT). In SWIPT systems, as in other wireless telecommunication systems, physical layer security that is resistance against jamming and eavesdropping is important. In this thesis, we address the issue of physical layer security in order to prevent interception in Massive SWIPT systems. In this system, there are a single antenna information receiver (IR) and a number of single antenna energy receivers (ERs) that are closer to the multi-antenna base station than the information receiver. ERs are also considered as potential eavesdroppers. Thus, by increasing the transmitting power, besides improving the information rate, the secrecy rate decreases. By controlling the transmitted power, we attempt to establish a trade-off between the secrecy rate and harvested energy. An optimization problem maximizes the secrecy rate for the IR subject to the harvested energy constraints of ERs. Since the proposed problem is non-convex, it can not be solved efficiently. Instead, we use an ADMM-based numerical optimization algorithm to reach the unique optimal solution. We show through mathematical analysis and computer simulations that the proposed method provides an improved secrecy rate as well as improved wireless power transmission in Massive MIMO SWIPT systems.