基于中继选择和协作干扰的物理层安全通信研究

发布时间：2020-05-13 16:48

【摘要】：第五代移动通信及大数据时代背景下,通信数据的总量呈现指数式的增长,其中可能包括一些敏感数据,这些数据的转发工作需要在极其安全的环境下进行传输。基于传统的密码学信息加密方法,由于计算机处理能力的快速发展已不再是绝对可靠的。物理层安全作为传统上层加密方法的有效补充,利用无线信道的物理特性确保通信安全,已成为无线通信领域的研究热点之一。本文针对中继协作安全通信网络,基于中继选择策略和协作干扰策略,分别研究了存在被动窃听用户和自适应窃听用户的通信环境下,系统的安全传输性能。本文的主要研究内容总结如下:一方面,本文研究了多中继网络系统在被动窃听用户的通信环境下的安全传输性能。综合考虑合法用户和窃听用户的信道状态信息,提出两种中继选择策略。首先,在可以成功译码的中继集中,选择最优中继作为中继转发节点,以协助源节点转发信息,然后,基于最优中继选择方案,从剩余的中继节点中选择另一个中继作为干扰机,发送人工噪声信号,分析并比较了两种中继选择方案下的安全中断概率性能,最后,通过仿真验证了中继选择策略能有效提升系统的安全传输性能。另一方面,本文研究了多中继网络系统在自适应窃听用户的通信环境下的安全传输性能。相比于被动窃听用户,自适应窃听用户更加聪明,能够根据窃听链路质量在被动窃听和主动干扰两种模式下智能切换,这将进一步增大信息安全传输的难度。基于协作干扰策略,假设源节点到所有中继之间信道质量较好,即所有中继均可成功译码源信息。在源节点发送信息之前,预先选择一个中继节点用于转发源信息,剩余的中继在两个传输阶段均协作发送干扰混淆窃听用户。首先,在相等的功率分配条件下推导了遍历可达安全速率渐进闭合表达式。然后,在不相等的功率分配条件下进一步地分析了系统的安全中断概率性能,最后,通过仿真验证了遍历可达安全速率性能分析的正确性,以及功率分配因子对系统安全中断概率性能的影响。
【图文】：

多址窃听信道模型

基于中继选择和协作干扰的物理层安全通信研究

结构化的码字作为干扰信号
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN92

【参考文献】