作為一種分布式的虛擬多天線傳輸技術，協(xié)同傳輸通信技術融合了分集與中繼傳輸?shù)募夹g優(yōu)勢，在不增加天線的基礎上，可在傳統(tǒng)網(wǎng)絡中實現(xiàn)并獲得多天線與多跳傳輸?shù)男阅茉鲆?，從而提高系統(tǒng)的傳輸性能，帶來了無線通信領域的巨大變革^［1］。對任何通信系統(tǒng)而言，信息傳輸?shù)陌踩?、可靠性、有效性同等重要，都直接決定著系統(tǒng)的可用性。而在協(xié)同傳輸通信系統(tǒng)中，采用中繼節(jié)點進行信息的協(xié)同傳輸雖然提高了信息傳輸?shù)目煽啃院陀行?，但卻使信息傳輸面臨著嚴重的安全威脅。因為無線信道的開放性可使信號傳播范圍內的所有接收機均有可能接收到發(fā)射信號，給無線通信帶來了嚴重的安全威脅，而且協(xié)同傳輸系統(tǒng)中中繼節(jié)點的介入會使得系統(tǒng)子信道數(shù)大為增加，這樣系統(tǒng)中傳輸?shù)男畔⒏菀妆凰烁`聽。

在傳統(tǒng)的陸地無線通信系統(tǒng)中，文獻［2-5］提出中繼協(xié)同技術能有效擴大無線網(wǎng)絡的覆蓋范圍，并提高無線系統(tǒng)的物理層安全容量。文獻［6-8］利用中繼協(xié)同技術提高了無線通信系統(tǒng)的安全容量，相比于傳統(tǒng)的直傳鏈路和輪回調度方法，顯著增強了無線通信系統(tǒng)的安全性。文獻［9-10］聯(lián)合考慮了中繼與干擾技術，通過增加人工干擾進一步改善了無線傳輸?shù)谋Ｃ苄?。此外，物理層安全技術利用無線信道特性可以實現(xiàn)輕量級的安全加密，近年來也引起了廣泛的研究興趣。文獻［11］驗證了在傳感器網(wǎng)絡中可以利用物理層安全技術實現(xiàn)可靠通信。文獻［12］分析了引入?yún)f(xié)作干擾后傳感器網(wǎng)絡的安全性能，并且推導出安全容量的閉式表示。當網(wǎng)絡為雙向中繼網(wǎng)絡時，文獻［13］提出了一種最優(yōu)的能量分配方式以最大化網(wǎng)絡總的安全速率。針對射頻無線充能的多天線傳感器網(wǎng)絡，文獻［14］提出了一個兩階段的安全傳輸協(xié)議，通過對發(fā)送功率、信息波束成型等參數(shù)進行聯(lián)合優(yōu)化以提高網(wǎng)絡的安全能量效率。

然而，傳統(tǒng)思維陸地通信系統(tǒng)物理層安全中，通常采用固定式的或者準靜態(tài)的中繼節(jié)點，因此無線通信的物理層安全中中繼節(jié)點的位置對合法鏈路的鏈路質量具有較大的影響。此外，在一些特殊的場景中，例如戰(zhàn)場上，戰(zhàn)場態(tài)勢是不斷變化的，采用固定的中繼節(jié)點很顯然不能滿足特殊的需求。近年來，由于無人機具有多種優(yōu)勢，例如高速移動性、低成本、按需部署等，無人機在無線通信中得到廣泛使用。現(xiàn)有的無人機協(xié)作通信在提高物理層安全方面主要通過博弈建模［15-16］、功資源管理［17-18］、軌跡優(yōu)化［19-20］等方式。

本文主要研究了無人機作為中繼節(jié)點的協(xié)同傳輸通信系統(tǒng)。在源節(jié)點、目的節(jié)點與竊聽節(jié)點位置固定的前提下，充當中繼的無人機在源節(jié)點與目的節(jié)點之間來回飛行，可以減小信息接收與中繼轉發(fā)階段的信息傳輸距離，進而降低信息傳輸過程中的大尺度損耗。對于竊聽節(jié)點，無人機中繼的運動是隨機的，因此相比于主信道，竊聽信道容量不能獲得相應的改善，從而有效提高了無人機中繼系統(tǒng)的安全容量。此外，在信息傳輸中，通過在源節(jié)點加入人工干擾噪聲的方式減少額外噪聲節(jié)點給網(wǎng)絡帶來的開銷。文中通過與采用固定中繼節(jié)點的對比得出采用無人機中繼的方式能有效提高系統(tǒng)的安全容量。此外，在信源端發(fā)送功率一定的條件下存在最佳功率分配方案，可使系統(tǒng)安全容量達到最大值。

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