衰落環(huán)境下無線認(rèn)知中繼網(wǎng)絡(luò)傳輸性能與物理層安全研究.pdf

1、把無線中繼技術(shù)和認(rèn)知無線電技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)成認(rèn)知中繼網(wǎng)絡(luò)，不但能實(shí)現(xiàn)分集增益提升系統(tǒng)抗干擾性能、擴(kuò)展無線覆蓋區(qū)域，還能提高頻譜利用率，對其研究具有重要意義。然而，無線通信因其天然的開放性和廣播性特點(diǎn)，極易受到竊聽和干擾等安全威脅，物理層安全技術(shù)為這一問題的解決提出了新思路。除此之外，信道衰落會(huì)嚴(yán)重影響無線通信系統(tǒng)的性能，因此開展衰落環(huán)境下無線認(rèn)知中繼通信系統(tǒng)傳輸方案、傳輸性能及其物理層安全的研究具有十分重要的意義。本文著重研究η-μ和Ra

2、yleigh衰落信道下認(rèn)知中繼和協(xié)作中繼通信系統(tǒng)的，并取得了一些重要研究成果。
　　首先，通過研究認(rèn)知中繼通信系統(tǒng)在η-μ衰落信道下的傳輸性能，獲得了叩-μ衰落信道下認(rèn)知中繼通信系統(tǒng)在不同發(fā)射功率約束條件下的中斷概率的一些新結(jié)果。具體包括:考慮兩種不同發(fā)射功率約束條件下（即峰值干擾功率約束、聯(lián)合峰值干擾功率約束-最大發(fā)射功率約束），分別得到了適用于整數(shù)衰落參數(shù)下的中斷概率的閉合下界以及任意衰落參數(shù)下的中斷概率下界的積分形式解，另外

3、，利用泰勒級數(shù)展開式等數(shù)學(xué)知識，采用一些近似手段，獲得了中斷概率在高信噪比(SNR)區(qū)域的漸近性能。數(shù)值和仿真結(jié)果驗(yàn)證了理論分析的正確性，所有理論結(jié)果可用來指導(dǎo)η-μ衰落信道下認(rèn)知中繼通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。
　　其次，研究了存在竊聽用戶的認(rèn)知多中繼通信系統(tǒng)的物理層安全性能問題，并就兩種中繼選擇方案展開研究。其中:第一種中繼選擇方案（MinW方案），以保證系統(tǒng)通信的安全性傳輸為前提，通過最小化竊聽用戶的接收信噪比來選擇一個(gè)合適的中繼

4、節(jié)點(diǎn)參與協(xié)助傳輸;第二種中繼選擇方案（MaxM方案），是以保證系統(tǒng)通信的可靠性傳輸為前提，通過最大化目的節(jié)點(diǎn)的接收信噪比來選擇一個(gè)合適的中繼節(jié)點(diǎn)協(xié)助傳輸。我們獲得了獨(dú)立非同分布Rayleigh衰落信道下，采用兩種中繼選擇方案時(shí)的截獲中斷概率的準(zhǔn)確解，并進(jìn)而獲得了系統(tǒng)截獲中斷概率以及高SNR條件下系統(tǒng)的漸進(jìn)截獲中斷概率的理論結(jié)果。數(shù)值和仿真結(jié)果驗(yàn)證了理論分析的正確性，所有理論結(jié)果為認(rèn)知多中繼通信系統(tǒng)的安全優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。
　

5、　最后，針對放大轉(zhuǎn)發(fā)(Amplify-and-Forward，AF)多中繼通信系統(tǒng)的可靠、安全傳輸問題，提出了一種基于門限和安全容量最大化的機(jī)會(huì)式中繼傳輸方案。考慮存在竊聽用戶的多中繼協(xié)作通信系統(tǒng)，所提中繼選擇方案工作過程如下:在數(shù)據(jù)傳輸之前，首先進(jìn)行信道估計(jì)，選出使得目的節(jié)點(diǎn)接收SNR大于某一固定SNR門限值γth所對應(yīng)的中繼節(jié)點(diǎn)集合Ω，然后從該候選中繼節(jié)點(diǎn)集合Ω中，選擇能最大化系統(tǒng)安全容量的中繼節(jié)點(diǎn)R*。所提中繼選擇方案，既保證了主