协作空间调制系统中自适应功率分配与物理层安全研究

发布时间：2020-10-17 18:46

　　 空间调制技术(Spatial Modulation,SM)是一种低复杂度的多天线传输技术,利用天线序号传输信息,能够在消除信道间干扰和避免天线同步要求的同时,获得较高的频谱效率。协作通信技术通过同一网络中的节点相互协作传输信号,扩大了信号覆盖范围,同时提升了传输可靠性。论文将空间调制技术应用于放大转发(Amplify-and-Forward,AF)协作中继系统中,构成了AF协作SM(AF-SM)系统,针对非理想信道下的系统性能进行了分析和优化设计。论文的主要内容如下:1、AF-SM系统基于不完全信道状态信息的性能分析和功率分配方案设计。构建协作空间调制系统模型,考虑接收端信道估计存在误差,推导出平均误比特率(Bit Error Rate,BER)理论表达式和高信噪比下的渐进近似表达式。通过最小化近似表达式,利用梯度下降法和卡尔丹公式给出次优功率分配系数。仿真结果表明,平均BER理论值可与仿真值取得较好的吻合,且提出的功率分配方案能有效提高BER性能。2、研究空间相关信道下AF-SM系统性能以及功率分配方案。考虑发送端和接收端天线之间存在相关性,利用相关信道下有效信噪比的矩生成函数,推导了平均BER的近似闭式表达式。此外,基于该BER和高信噪比下的渐近表达式,提出了一种次优功率分配方案。当目的端包含多天线时,该方案可提供功率分配系数的闭式解,当目的端只有单根天线时,提供一种迭代算法获得功率分配系数。仿真结果说明了所推理论表达式和所提功率分配方案是有效的。3、研究AF-SM系统基于不完全信道状态信息和协作干扰的物理层安全性能。为了防止窃听端截获信号,目的端在源端发送信号的同时发送干扰以降低窃听端的接收性能。针对该系统,推导了存在估计错误时目的端和窃听端的遍历速率的近似闭式表达式,由此得到了保密速率的理论表达式,该表达式与仿真较为一致。而且,由于干扰的存在,窃听端的遍历速率和BER性能明显低于合法端。仿真结果表明采用的物理层安全方案可有效提高系统的保密性能。
【学位单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN929.5
【部分图文】：

南京航空航天大学硕士学位论文二章 协作空间调制系统中的关键AF-SM 系统中的一些关键技术。详细描述了放性能分析方法，空间相关信道模型以及物理层议同一网络中的其他节点作为中继协作信号传输将接收信号处理后转发，根据处理方式不同可转发的 AF 协议相比于其他协议复杂度较低，端点的协作中继模型[69]。

在实际通信过程中，接收端根据信道估计值对接收信号进行检测，由于信道的完全估计，信道估计值与实际值之间会产生一定偏差，从而接收机对信号检测下降。同时，由于中继位置的变化以及各节点之间的信道质量不同，源端和中信息变化的自适应功率分配方案有利于提高系统性能。因此，本章针对协作 A接收端考虑不完全信道估计，分析了平均 BER 性能，研究了估计错误对系统性能还基于近似 BER 表达式，利用梯度下降法和卡尔丹公式给出次优功率分配方案基于估计错误的系统模型章考虑一种基于 AF 协作协议的协作 SM 系统。该系统模型如图 3.1 所示，其包的三个节点，除中继考虑单根天线外，源和目的分别配有 Nt和 Nr根天线。在(MNt)个比特，经过 SM 映射，log2Nt个比特选择被激活的天线序号，log2M 个比符号。则经映射后得到的发送信号表示为[29][0 0 0]Tiq qx x i 个元素 xq是该信号矢量中的唯一非零元素，同时 xq是 M 阶星座图中第 q 个符表示源端第 i 根天线被激活用于发送星座符号 xq。

3.2 固定估计错误下 AF-SM 系统的平均 BER ( Nr=2, 4QAM, : : 1: 0.5sd sr rdd d d 3.3 可变估计错误下 AF-SM 系统的平均 BER ( Nr=2, 4QAM, : : 1: 0.5sd sr rdd d d
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本文编号：2845181