衰落环境下无线认知中继网络传输性能与物理层安全研究

发布时间：2017-10-16 22:19

  本文关键词：衰落环境下无线认知中继网络传输性能与物理层安全研究

  更多相关文章： 衰落信道 协作中继系统 认知中继系统 多中继系统 中断概率 截获中断 中继选择 安全容量

【摘要】：把无线中继技术和认知无线电技术相结合,构成认知中继网络,不但能实现分集增益提升系统抗干扰性能、扩展无线覆盖区域,还能提高频谱利用率,对其研究具有重要意义。然而,无线通信因其天然的开放性和广播性特点,极易受到窃听和干扰等安全威胁,物理层安全技术为这一问题的解决提出了新思路。除此之外,信道衰落会严重影响无线通信系统的性能,因此开展衰落环境下无线认知中继通信系统传输方案、传输性能及其物理层安全的研究具有十分重要的意义。本文着重研究η-μ和Rayleigh衰落信道下认知中继和协作中继通信系统的,并取得了一些重要研究成果。首先,通过研究认知中继通信系统在η-μ衰落信道下的传输性能,获得了η-μ衰落信道下认知中继通信系统在不同发射功率约束条件下的中断概率的一些新结果。具体包括：考虑两种不同发射功率约束条件下(即峰值干扰功率约束、联合峰值干扰功率约束-最大发射功率约束),分别得到了适用于整数衰落参数下的中断概率的闭合下界以及任意衰落参数下的中断概率下界的积分形式解,另外,利用泰勒级数展开式等数学知识,采用一些近似手段,获得了中断概率在高信噪比(SNR)区域的渐近性能。数值和仿真结果验证了理论分析的正确性,所有理论结果可用来指导η-μ衰落信道下认知中继通信系统的设计和优化。其次,研究了存在窃听用户的认知多中继通信系统的物理层安全性能问题,并就两种中继选择方案展开研究。其中：第一种中继选择方案(MinW方案),以保证系统通信的安全性传输为前提,通过最小化窃听用户的接收信噪比来选择一个合适的中继节点参与协助传输；第二种中继选择方案(MaxM方案),是以保证系统通信的可靠性传输为前提,通过最大化目的节点的接收信噪比来选择一个合适的中继节点协助传输。我们获得了独立非同分布Rayleigh衰落信道下,采用两种中继选择方案时的截获中断概率的准确解,并进而获得了系统截获中断概率以及高SNR条件下系统的渐进截获中断概率的理论结果。数值和仿真结果验证了理论分析的正确性,所有理论结果为认知多中继通信系统的安全优化设计提供了理论依据。最后,针对放大转发(Amplify-and-Forward, AF)多中继通信系统的可靠、安全传输问题,提出了一种基于门限和安全容量最大化的机会式中继传输方案。考虑存在窃听用户的多中继协作通信系统,所提中继选择方案工作过程如下：在数据传输之前,首先进行信道估计,选出使得目的节点接收SNR大于某一固定SNR门限值γth所对应的中继节点集合Ω,然后从该候选中继节点集合Ω中,选择能最大化系统安全容量的中继节点R*。所提中继选择方案,既保证了主链路(信源节点→目的节点)通信的可靠性,又保证了其安全性。假设所有信道都服从Rayleigh分布,通过仿真,比较了所提方案与已有最大-最小中继选择方案(max-min),最大-最大中继选择方案(max方案)的可靠性能及安全性能。所提方案为多中继通信系统的可靠、安全传输,提供了一种高效可行的数据传输方案。
【关键词】：衰落信道 协作中继系统 认知中继系统 多中继系统 中断概率 截获中断 中继选择 安全容量
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN925
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 1 绪论10-17
• 1.1 研究背景10-13
• 1.2 认知中继网络研究现状13-15
• 1.2.1 可靠传输性能研究现状13-14
• 1.2.2 物理层安全研究现状14-15
• 1.3 研究内容15-16
• 1.4 本文结构16-17
• 2 η—μ衰落环境下认知中继网络的理论性能分析17-38
• 2.1 系统模型17-24
• 2.1.1 单功率约束条件下的接收SNR及其分布19-22
• 2.1.2 联合功率约束条件下的接收SNR及其分布22-24
• 2.2 单功率约束条件下的中断概率分析24-28
• 2.2.1 下界分析25-26
• 2.2.2 渐进分析26-28
• 2.3 联合功率约束条件下的中断概率分析28-31
• 2.3.1 下界分析28
• 2.3.2 渐进分析28-31
• 2.4 两种功率约束下的系统性能比较31
• 2.5 数值与仿真结果31-38
• 3 存在窃听用户的认知多中继网络的安全性能分析38-52
• 3.1 系统模型38-40
• 3.2 截获中断概率分析40-46
• 3.2.1 准确分析40-44
• 3.2.2 渐进分析44-46
• 3.3 数值与仿真结果46-52
• 4 基于门限和最大化安全容量的多中继系统机会式传输方案52-56
• 4.1 研究背景52-53
• 4.2 所提机会式传输方案工作原理53-55
• 4.3 仿真结果55-56
• 5 总结与展望56-58
• 5.1 本文工作总结56-57
• 5.2 本文的不足及下一步工作展望57-58
• 参考文献58-64
• 致谢64-65
• 攻读学位期间完成的论文、专利及参加科研项目65-66

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本文编号：1045226