NOMA系统中基于协作干扰的物理层安全方案

发布时间：2019-09-09 08:33

【摘要】：针对NOMA系统中的信息安全传输问题,提出基于协作干扰的物理层安全方案,该方案利用外部协作节点发送干扰信号恶化窃听者的接收性能。本文首先利用泊松点过程对协作节点和窃听者的位置进行安全建模,然后推导了随机协作干扰方案下系统保密中断概率的闭式解,但随机协作干扰方案会同时恶化合法用户的接收信号,性能有限,因此进一步提出一种信道增益受限的协作干扰方案,该方案选择到近端用户和远端用户的瑞利信道因子均小于一定阈值的协作节点发送干扰信号,会对窃听者造成更严重的影响。仿真结果表明,在NOMA系统中采用受限的协作干扰方案能够有效提升系统安全性能。
【图文】：

系统模型图,系统模型,合法用户

个Eves，Nc、Ne为随机变量，因此记节点S1到Eves的信道向量为F=(f1，f2，…，fNe)∈C1×Ne;节点组S2到合法用户的信道向量为gm，gn∈CNc×1，到Eves的信道矩阵为U=(u1，u2，…，uNe)∈CNc×Ne。根据NOMA原理，信号节点S1发送合法用户m和n的线性叠加信号s=pmxm+pnxn，其中xi，i=m，n为合法用户目标信号，均值为1，pi，i=m，n为合法用户信号发送功率，满足pm＜pn。设基站总功率为p0，则p0=pm+pn。图1SISO-NOMA系统模型Fig．1SISO-NOMAsystemmodel837

信道增益,方案,节点

和式(16)代入式(17)，即可得到随机协作干扰方案下2-NOMA系统保密中断概率的闭式解。4信道增益受限的协作干扰方案随机协作干扰方案将同时影响合法用户和Eves，干扰效果较差，当协作节点密度过大时甚至会恶化系统安全性能。为增强协作节点的干扰效果，提升能量效率，需要合理地选择协作节点，使得干扰信号对Eves的影响远大于对合法用户的影响。考虑以下协作节点选择方案［21］:选择到合法用户m和n的信道增益(瑞利衰落因子)均小于ε的协作节点发射干扰信号，该方案被称作信道增益受限的协作干扰方案，详细方案见图2，此时参与协作干扰的节点集为:Θ={g～mj2≤ε，g～nj2≤ε，j∈Φc}(18)式(18)中随机变量g～mj2和g～nj2相互独立，均服从均值为1的指数分布，其联合CDF可表达为:F|g～mj|2|g～nj|2(x，y)=(1－e－x)·(1－e－y)(19)因此，被选中协作节点信道增益的PDF为:f|g～ij|2(xΘ)=e－x1［0，ε］(x)(1－e－ε)2，i=m，n(20)其中，1［0，ε］(x)为示性函数，即当x∈［0，ε］时，1［0，ε］(x)=1，否则1［0，ε］(x)=0。图2信道增益受限的协作干扰方案Fig．2Thediagramofcooperativejammingschemebasedonlimitedchannelgain引理1中，，E［ζσ］=Γ(σ+1)成立的条件是用户信道为瑞利衰落信道，即ζ～exp(1)。上述协作节点选择方案对发送干扰的协作节点进行了约束，此时协作节点信道增益的PDF满足式(20)，因此引理1不再成立，需要修正。表1优化问题(22)的求解算法Tab．1Thesolutionforoptimizationproblem(22)初始化:a=βmin=0，b=βmax=0．5，设置一维搜索精度鐕。1．r1=a+0．38
【作者单位】：国家数字交换系统工程技术研究中心;
【基金】：国家高技术研究发展计划(“863”计划)基金(2015AA01A708) 国家自然科学基金(61471896) 中国博士后科学基金资助项目(2016M592990)
【分类号】：TN918

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