基于NOMA的认识无线电网络物理层安全策略研究
发布时间：2020-06-08 22:11
【摘要】：随着无线通信技术的发展,人们在日常生活中更加频繁使用相关产品,智能通信设备和新型应用的激增导致无线数据流量爆炸式增长,需要更多的频段来容纳,然而现今可利用的频谱资源有限且拥挤,如何解决频谱资源稀缺的问题成为了人们目前研究的重点。为了能够提高有限频谱资源的利用率,人们提出了频谱共享技术,重新定位已有的频谱来获得更多的频谱资源。然而无线信道本身广播式的传输特性和信道内的信号会叠加,导致网络中的恶意用户会威胁到合法用户的安全,网络的安全性需要高度关注,目前传统的安全保密技术是上层的加密技术,但随着科学技术的发展以及计算能力的增加,高复杂度的安全密钥存在泄漏的危险,因而人们提出了物理层安全技术,利用无线传输链路的动态特性,例如物理层传输介质的随机性,信道状态的时变等物理特性来实现物理层传输的保密性和可靠性。在当前对频谱资源利用率的研究中,大部分人们是分开研究认知无线电网络的相关特性和利用非正交多址技术的网络的相关性能,对于基于非正交多址技术的认知无线电网络的研究较为缺乏,尤其是次级网络中的资源分配问题的研究较少,另外从物理层的角度来分析基于非正交多址技术的认知无线电网络的安全性的研究同样较为稀缺。因而对于以上显露出的问题,本文重点研究网络中存在一对初级用户,一个次级基站及其服务多个次级用户,并且次级用户之间利用非正交多址技术的网络模型,关注次级网络中的资源分配情况,以及当窃听者存在于网络中是如何利用物理层安全技术保证网络的安全性。综上所述,本篇论文的重点研究内容和主要的创新点总结如下:1.关注基于非正交多址技术的认知无线电网络中次级网络资源分配问题,旨在提高频谱利用率的同时,优化网络中功率等资源达到网络性能最优。本文提出了次级用户选择算法和次级用户功率分配算法,获得最合适的次级用户组合情况并对选出的用户进行功率优化,达到最优的系统吞吐量,获得最好的传输状态。2.针对有窃听者的认知无线电网络场景,从物理层的角度分析次级网络和整个网络的安全性。网络中用户的安全和速率为系统安全性的评判指标,通过提出的次级网络功率分配算法优化各个次级用户的功率和整个网络的功率分配算法优化初级网络和次级网络的功率来分别获得次级网络和整个网络最优的安全和速率,以保证信息的安全可靠传输。全文共5章,图18幅,表格6个,参考文献70篇。
【图文】：
要重点在于功率域中的ＮＯＭＡ技术。不同于其他的已有的正交多址方案，ＮＯＭＡ逡逑技术引入了一个新的功率域，由此同一阶段接入的用户数量会增多。其具体的时逡逑域、频域、功率域的映射情况如图２－１所示，每个子信道之间的传输方式是正交频逡逑分复用的模式，也就是子信道之间是正交的，互不干扰，同一子信道上不同用户逡逑之间是非正交传输的，所谓非正交就是说用户之间的数据可以在同一个时隙，同逡逑一个频点上传输，而仅仅依靠功率的不同来区分用户。如图２－１中，用户１和用户逡逑３在同一频域、时域上传输数据，而依靠功率的不同来区分用户。同一个子信道上逡逑多个用户共享，因而同一段频谱带能够得到更加充分的利用。逡逑八逡逑功逦ｆ，逦用户逡逑｜逦－．．．邋‘逦—＾ｉ｜逡逑￣ｍ逦用户３：逦ｆ邋０逡逑」邋ｒ逦＼＼￣－．—．．．．．．．逡逑频域逡逑图２－１非正交多址接入模型逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋Ｔｈｅ邋ｓｙｓｔｅｍ邋ｍｏｄｅｌ邋ｏｆ邋ＮＯＭＡ逡逑ＮＯＭＡ技术的基本思想是在发送端采用功率复用技术，主动引入干扰信息，逡逑多种信息非正交发送
的性能条件，提高系统的整体性能，同时不同的用户分配不同的信号功率又能达逡逑到区分用户的目的。功率复用状态下用户传输信息时采用叠加编码的方式，，将信逡逑息进行线性叠加，得到调制信号和［４５］。如图２－２展示了发送端如何将两个用户信逡逑息进行叠加编码的过程，其中发射功率较高的用户１的正交相移键控（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ逡逑Ｐｈａｓｅ－ｓｈｉｆｔ邋Ｋｅｙｉｎｇ，ＱＰＳＫ）星座图叠加在发射功率较低的用户２的ＱＰＳＫ星座图逡逑上，得到叠加后的信号Ｘ可以表示为逡逑Ｘ邋＝邋ｙｊａ＇Ｐｘ＇邋＋邋ｙｊａ２Ｐｘ２逦（２－１）逡逑其中，＝邋２）为功率分配因子，表示分配给用户／的功率与总功率Ｐ的占比，逡逑并且其满足％邋＋ａ２邋＝１的约束。逡逑Ｑ逦Ｑ逦ｔＱ逡逑0逦／逦．邋＾邋？邋，邋一＾逡逑？邋＃逡逑0逦0逡逑ａ）用户１信号＇的星座图逦ｂ）用户２信号尤２的星座图逦ｃ）叠加信号Ｘ的星座图逡逑ａ）邋ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｓｉｇｎａｌ逦ｂ）邋ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｓｉｇｎａｌ邋ｘ２逦ｃ）邋ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｓｉｇｎａｌ邋Ｘ逡逑图２－２叠加编码示例逡逑Ｆｉｇ．邋２－２邋Ａｎ邋ｅｘａｍｐｌｅ邋ｏｆ邋ｓｕｐｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎ邋ｃｏｄｉｎｇ邋ｅｎｃｏｄｉｎｇ逡逑接收端接收到的为叠加编码后的信息，通过ＳＩＣ技术可以获得每个用户自己所逡逑需的信息［４６］。具体每个信号获取过程如图２－３所示，检测之前，接收到的信号按逡逑照功率大小排序
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN925
本文编号：2703718
【图文】：
要重点在于功率域中的ＮＯＭＡ技术。不同于其他的已有的正交多址方案，ＮＯＭＡ逡逑技术引入了一个新的功率域，由此同一阶段接入的用户数量会增多。其具体的时逡逑域、频域、功率域的映射情况如图２－１所示，每个子信道之间的传输方式是正交频逡逑分复用的模式，也就是子信道之间是正交的，互不干扰，同一子信道上不同用户逡逑之间是非正交传输的，所谓非正交就是说用户之间的数据可以在同一个时隙，同逡逑一个频点上传输，而仅仅依靠功率的不同来区分用户。如图２－１中，用户１和用户逡逑３在同一频域、时域上传输数据，而依靠功率的不同来区分用户。同一个子信道上逡逑多个用户共享，因而同一段频谱带能够得到更加充分的利用。逡逑八逡逑功逦ｆ，逦用户逡逑｜逦－．．．邋‘逦—＾ｉ｜逡逑￣ｍ逦用户３：逦ｆ邋０逡逑」邋ｒ逦＼＼￣－．—．．．．．．．逡逑频域逡逑图２－１非正交多址接入模型逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋Ｔｈｅ邋ｓｙｓｔｅｍ邋ｍｏｄｅｌ邋ｏｆ邋ＮＯＭＡ逡逑ＮＯＭＡ技术的基本思想是在发送端采用功率复用技术，主动引入干扰信息，逡逑多种信息非正交发送
的性能条件，提高系统的整体性能，同时不同的用户分配不同的信号功率又能达逡逑到区分用户的目的。功率复用状态下用户传输信息时采用叠加编码的方式，，将信逡逑息进行线性叠加，得到调制信号和［４５］。如图２－２展示了发送端如何将两个用户信逡逑息进行叠加编码的过程，其中发射功率较高的用户１的正交相移键控（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ逡逑Ｐｈａｓｅ－ｓｈｉｆｔ邋Ｋｅｙｉｎｇ，ＱＰＳＫ）星座图叠加在发射功率较低的用户２的ＱＰＳＫ星座图逡逑上，得到叠加后的信号Ｘ可以表示为逡逑Ｘ邋＝邋ｙｊａ＇Ｐｘ＇邋＋邋ｙｊａ２Ｐｘ２逦（２－１）逡逑其中，＝邋２）为功率分配因子，表示分配给用户／的功率与总功率Ｐ的占比，逡逑并且其满足％邋＋ａ２邋＝１的约束。逡逑Ｑ逦Ｑ逦ｔＱ逡逑0逦／逦．邋＾邋？邋，邋一＾逡逑？邋＃逡逑0逦0逡逑ａ）用户１信号＇的星座图逦ｂ）用户２信号尤２的星座图逦ｃ）叠加信号Ｘ的星座图逡逑ａ）邋ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｓｉｇｎａｌ逦ｂ）邋ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｓｉｇｎａｌ邋ｘ２逦ｃ）邋ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｓｉｇｎａｌ邋Ｘ逡逑图２－２叠加编码示例逡逑Ｆｉｇ．邋２－２邋Ａｎ邋ｅｘａｍｐｌｅ邋ｏｆ邋ｓｕｐｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎ邋ｃｏｄｉｎｇ邋ｅｎｃｏｄｉｎｇ逡逑接收端接收到的为叠加编码后的信息，通过ＳＩＣ技术可以获得每个用户自己所逡逑需的信息［４６］。具体每个信号获取过程如图２－３所示，检测之前，接收到的信号按逡逑照功率大小排序
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN925
【参考文献】
相关博士学位论文 前2条
1 秦勉;认知无线电系统中物理层安全传输方法研究[D];郑州大学;2018年
2 李振;协作认知无线电网络中物理层安全问题研究[D];北京交通大学;2017年
相关硕士学位论文 前1条
1 曹雍;基于用户公平性的非正交多址（NOMA）系统用户配对和功率分配技术的研究[D];南京邮电大学;2018年
本文编号：2703718
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