双向协作通信中方案与信道安全性研究.pdf

摘要 摘要 无线通信中信道的开放特性使得通信安全性研究更具挑战性。1949年香农 阐明了通信的基本问题，给出了通信系统模型，为必威体育官网网址通信理论奠定了基础， 之后Wyner提出了窃听信道安全容量的概念。虽然无线网络安全技术较成熟， 但无线通信的广播特性给无线信道安全性研究带来了特殊的困难。不同于传统 的基于物理层以上的通信安全性研究，本文以信息安全速率为性能考核指标， 利用信息论知识分析三节点双向协作通信信道安全性问题。本文的主要工作如 下： and 研究了安全AF(AmplifyForward)双向协作通信系统的功率分配。主要 基于两种窃听信道模型对安全性研究进行展开，1)基于不信任中继的双向窃听 信道模型，介绍了平均功率分配方案，并得出了在高信噪比条件下安全速率与 信道系数的关系。根据不同信道特征分析了基于信道状态信息的优化功率分配 方案，并利用拉格朗乘数法求出了功率分配闭式解。2)由于在大部分研究成果 中，采用独立的干扰节点来加强系统的安全性，而这种策略的缺点是信源不易 对其进行控制(位置与功率)。在单节点功率受限制的条件下，提出了一种安全策 略，各节点(两个信源和一个中继)根据各自的瞬时信道条件，利用部分功率发送 秘密信号，剩余功率发送干扰信号。采用这种思想，分别介绍了基于全部信道 状态信息的优化功率分配与基于平均窃听信道状态信息的次优化功率分配方 案，通过性能分析与仿真得出，优化功率分配方案始终优于次优化功率分配方 案。考虑到人为干扰噪声会对合法信道造成很大的负面影响，于是提出了干扰 可除的优化功率分配方案，它通过三个合法节点解码并滤除掉所有人为干扰， 避免其带来的负影响，安全性能得到大幅提升。仿真分析验证，干扰可除的功 率分配方案可提供最大的安全速率，而且还比其它方案具有更好的安全鲁棒性。 and Fo删ard)双向协作模型中中继选择对系统安全性的 展开了DF(Decoded 研究。在非干扰模式下，分别介绍了传统选择方案、随机选择方案和优化的中 继选择方案准则及各自的选择算法。通过性能分析与仿真得出，优化中继选择 方案比随机选择方案和传统方案具有更好的安全性能。基于干扰策略，提出了 中继与干扰机选择方案。鉴于干扰在某种情景下对系统安全性能具有副作用， 进一步提出了优化的切换方案，此方案通过在优化的中继选择方案和优化的中 摘要 继与干扰机选择方案之间切换，很好地避免了干扰带来的副作用，从而有效地 提高了系统的安全性能。仿真结果证明，提出的切换方案在任何情境下都可提 供最大的安全速率。 关键词：物理层安全；安全速率；双向协作通信；功率分配；中继选择；干扰 策略。 II ABSTRACT ABSTRACT The nature channel open ofwireless makesthe on ofwireless studysecurity communicationismore 1 illustratedthebasic 949，Shannon of challenging．In concept communicationand themodelof communication laidthe provided system，which forsecure