认知无线电系统中物理层安全传输方法研究

发布时间：2022-11-06 11:57

　　随着手持移动设备数量的飞速增长,频谱资源短缺的问题日益凸显。认知无线电技术被认为是当前能够有效解决频谱资源低利用率的重要方法之一。与此同时,认知无线电网络无线信道的广播特性以及主用户、认知用户在授权频段中并存的特性,为安全通信带来了更严峻的挑战。传统的无线通信安全主要依赖于高层的加密算法。然而在分布式网络中,由于密钥的管理和分发不易实施,而且计算能力有限的无线设备也不宜使用复杂的加密算法,使得传统的加密技术在无线网络中的应用遇到了困难。作为一种信息论意义上完美的安全手段,物理层安全为保障认知无线电网络的保密传输带来了新思路。物理层安全的基本思想是利用合法信道和窃听信道之间的差异性,为安全通信保驾护航。因此,研究认知无线电网络中的物理层安全传输技术具有重要的意义。在认知无线电网络中,频谱感知是需要解决的首要问题。相别于其他无线通信系统,认知无线电网络中的认知用户为主用户的传输天然提供了中继和干扰的角色。由于认知用户使用了主用户的授权频段,作为回报认知用户愿意为主用户的安全通信提供协作。因此,本论文的研究重点就是利用认知用户带来的空域资源为主用户设计安全传输策略。总体上,本论文的主要贡献可... 

【文章页数】：134 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
缩写符号对照表
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 协作认知无线电
        1.2.1 认知无线电概述
        1.2.2 认知无线电技术面临的问题
        1.2.3 协作中继技术概述
    1.3 协作认知无线电网络的物理层安全技术
        1.3.1 物理层安全的信息论基础
        1.3.2 物理层安全性能指标
        1.3.3 协作认知无线电网络物理层安全的研究现状
    1.4 论文的研究内容和章节安排
2 防窃听场景下主用户状态改变对频谱感知的影响
    2.1 认知无线电频谱感知及接入策略分析
        2.1.1 认知无线电频谱感知策略
        2.1.2 认知无线电频谱接入策略
    2.2 安全约束场景下的频谱感知策略
        2.2.1 系统模型
        2.2.2 主用户活跃性对各种假设发生概率的影响
    2.3 主用户活跃性对频谱感知性能的影响
    2.4 基于主用户活跃性的功率分配优化策略
    2.5 仿真结果与讨论
    2.6 本章小结
3 增强主用户安全的认知用户选择策略
    3.1 引言
    3.2 系统模型
    3.3. 基于最小干扰的认知用户选择策略
        3.3.1 认知用户的选择策略
        3.3.2 可达遍历保密速率
        3.3.3 高信噪比区域的渐进分析
        3.3.4 无干扰温度约束下的安全性能分析
    3.4 基于最大干扰速率的认知用户选择策略
        3.4.1 认知用户的选择策略
        3.4.2 可达遍历保密速率
        3.4.3 高信噪比区域下的渐进分析
    3.5 仿真结果与讨论
    3.6 本章小结
4 联合认知用户中继和协作干扰的主用户安全传输策略
    4.1 引言
    4.2 系统模型
    4.3 联合认知用户中继和协作干扰的传输策略
        4.3.1 系统信息交换过程
        4.3.2 传输速率和保密传输速率
    4.4 主用户和认知用户的最优时隙分配策略
        4.4.1 中断性能分析
        4.4.2 时间优化分配
    4.5 仿真结果与讨论
    4.6 本章小结
5 联合子载波和功率分配的认知用户协作安全传输策略
    5.1 引言
    5.2 系统模型
    5.3 完全信道信息下的安全传输策略
        5.3.1 主用户保密速率和认知用户传输速率
        5.3.2 子载波和功率的联合分配
    5.4 部分信道信息下的安全传输策略
    5.5 仿真结果与讨论
    5.6 本章小结
6 结论与展望
    6.1 研究结论
    6.2 工作展望
参考文献
附录A 定理3.1的证明过程
附录B 定理3.4的证明过程
附录C E[C_(E,s)]推导过程
个人简介
攻读博士期间取得的研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]能量收集系统中基于能量协同和协同干扰的保密传输方案[J]. 雷维嘉,江雪,左莉杰,谢显中.  电子学报. 2017(01)
[2]主用户活跃性下的多功率分配策略[J]. 李婷婷,杨守义,宁冰,王芳.  电讯技术. 2015(12)
[3]前向放大中继MIMO系统的Grassmannian波束成型[J]. 吴杨生,杨绿溪.  电脑与信息技术. 2009(06)
[4]认知无线电物理层安全研究[J]. 周贤伟,王义江,王丽娜.  电讯技术. 2008(06)

博士论文
[1]非理想信道状态信息下物理层安全波束成形技术研究[D]. 张立健.解放军信息工程大学 2015
[2]双向中继网络的无线资源管理研究[D]. 杨鼎成.武汉大学 2012



本文编号：3703460