作為一種分布式的虛擬多天線傳輸技術(shù)，協(xié)同傳輸通信技術(shù)融合了分集與中繼傳輸?shù)募夹g(shù)優(yōu)勢(shì)，在不增加天線的基礎(chǔ)上，可在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)并獲得多天線與多跳傳輸?shù)男阅茉鲆妫瑥亩岣呦到y(tǒng)的傳輸性能，帶來了無線通信領(lǐng)域的巨大變革^［1］。對(duì)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(diǎn)進(jìn)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(yán)重的安全威脅。因?yàn)闊o線信道的開放性可使信號(hào)傳播范圍內(nèi)的所有接收機(jī)均有可能接收到發(fā)射信號(hào)，給無線通信帶來了嚴(yán)重的安全威脅，而且協(xié)同傳輸系統(tǒng)中中繼節(jié)點(diǎn)的介入會(huì)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?zé)o線通信系統(tǒng)中，文獻(xiàn)［2-5］提出中繼協(xié)同技術(shù)能有效擴(kuò)大無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，并提高無線系統(tǒng)的物理層安全容量。文獻(xiàn)［6-8］利用中繼協(xié)同技術(shù)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(diào)度方法，顯著增強(qiáng)了無線通信系統(tǒng)的安全性。文獻(xiàn)［9-10］聯(lián)合考慮了中繼與干擾技術(shù)，通過增加人工干擾進(jìn)一步改善了無線傳輸?shù)谋Ｃ苄?。此外，物理層安全技術(shù)利用無線信道特性可以實(shí)現(xiàn)輕量級(jí)的安全加密，近年來也引起了廣泛的研究興趣。文獻(xiàn)［11］驗(yàn)證了在傳感器網(wǎng)絡(luò)中可以利用物理層安全技術(shù)實(shí)現(xiàn)可靠通信。文獻(xiàn)［12］分析了引入?yún)f(xié)作干擾后傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全性能，并且推導(dǎo)出安全容量的閉式表示。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)為雙向中繼網(wǎng)絡(luò)時(shí)，文獻(xiàn)［13］提出了一種最優(yōu)的能量分配方式以最大化網(wǎng)絡(luò)總的安全速率。針對(duì)射頻無線充能的多天線傳感器網(wǎng)絡(luò)，文獻(xiàn)［14］提出了一個(gè)兩階段的安全傳輸協(xié)議，通過對(duì)發(fā)送功率、信息波束成型等參數(shù)進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化以提高網(wǎng)絡(luò)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(zhǔn)靜態(tài)的中繼節(jié)點(diǎn)，因此無線通信的物理層安全中中繼節(jié)點(diǎn)的位置對(duì)合法鏈路的鏈路質(zhì)量具有較大的影響。此外，在一些特殊的場(chǎng)景中，例如戰(zhàn)場(chǎng)上，戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)是不斷變化的，采用固定的中繼節(jié)點(diǎn)很顯然不能滿足特殊的需求。近年來，由于無人機(jī)具有多種優(yōu)勢(shì)，例如高速移動(dòng)性、低成本、按需部署等，無人機(jī)在無線通信中得到廣泛使用。現(xiàn)有的無人機(jī)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(jī)作為中繼節(jié)點(diǎn)的協(xié)同傳輸通信系統(tǒng)。在源節(jié)點(diǎn)、目的節(jié)點(diǎn)與竊聽節(jié)點(diǎn)位置固定的前提下，充當(dāng)中繼的無人機(jī)在源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間來回飛行，可以減小信息接收與中繼轉(zhuǎn)發(fā)階段的信息傳輸距離，進(jìn)而降低信息傳輸過程中的大尺度損耗。對(duì)于竊聽節(jié)點(diǎn)，無人機(jī)中繼的運(yùn)動(dòng)是隨機(jī)的，因此相比于主信道，竊聽信道容量不能獲得相應(yīng)的改善，從而有效提高了無人機(jī)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(diǎn)加入人工干擾噪聲的方式減少額外噪聲節(jié)點(diǎn)給網(wǎng)絡(luò)帶來的開銷。文中通過與采用固定中繼節(jié)點(diǎn)的對(duì)比得出采用無人機(jī)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(dá)到最大值。

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