基于解碼轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議的認(rèn)知中繼網(wǎng)絡(luò)物理層安全研究與應(yīng)用.pdf

1、將協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)與認(rèn)知無(wú)線電組合成一類新型認(rèn)知中繼網(wǎng)絡(luò)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)頻譜共享，提高頻譜利用率，而且能夠拓寬無(wú)線覆蓋區(qū)域、實(shí)現(xiàn)分級(jí)增益。協(xié)作通信中，解碼轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)是傳輸信號(hào)的重要手段之一。另外，為確保傳輸數(shù)據(jù)的可靠性，給通信系統(tǒng)中的終端設(shè)備提供傳輸路徑是靠物理層實(shí)現(xiàn)的。然而，由于無(wú)線通信開(kāi)放性以及廣播性的特點(diǎn)，信息傳輸容易遭受竊聽(tīng)及干擾。因此，對(duì)于解碼轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議下，物理層上的認(rèn)知中繼網(wǎng)絡(luò)的安全性能研究具有十分重要的意義。本文主要研究了三種不同解

2、碼轉(zhuǎn)發(fā)認(rèn)知中繼網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全性能，并且就常見(jiàn)的小區(qū)通信環(huán)境出發(fā)分析其網(wǎng)絡(luò)模型的實(shí)際應(yīng)用。獲得的部分研究成果如下:
　　首先，考慮在兩跳多中繼解碼轉(zhuǎn)發(fā)認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中，研究了最大中繼選擇方案下系統(tǒng)的安全性能。具體而言，考慮直傳鏈路的存在，選擇合并技術(shù)被使用在信號(hào)接收端。此外，當(dāng)所有的發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送信號(hào)時(shí)，其發(fā)送功率受到授權(quán)用戶的干擾。每一次信息傳輸，都能夠被竊聽(tīng)者竊聽(tīng)?？紤]所有信道都是經(jīng)歷Rayleigh衰弱，得到了安全中斷概率以及非零安全

3、容量概率。并且，求出了在高信噪比下的安全中斷概率的漸近表達(dá)式來(lái)衡量系統(tǒng)的安全性能。分析的準(zhǔn)確性是通過(guò)數(shù)值結(jié)果和仿真結(jié)果的比較得出的。所得結(jié)果對(duì)于優(yōu)化和設(shè)計(jì)中繼選擇方案在認(rèn)知中繼網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。
　　其次，在多跳解碼轉(zhuǎn)發(fā)認(rèn)知中繼網(wǎng)絡(luò)中，研究該系統(tǒng)的安全性能是基于考慮主信道發(fā)射節(jié)點(diǎn)是多個(gè)天線且竊聽(tīng)者是單個(gè)天線的。具體而言，中繼在單天線發(fā)射信息時(shí)，發(fā)射功率受到認(rèn)知用戶接收機(jī)的干擾溫度影響，選擇合并技術(shù)被使用在中繼及信號(hào)接收端的

4、多接收天線處。并且，竊聽(tīng)者能夠竊聽(tīng)每一跳的信息。多跳系統(tǒng)中，只要任意一跳的信息傳輸發(fā)生中斷，則整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)發(fā)生中斷。考慮所有的信道都是經(jīng)歷Nakagami-m衰弱，且相同的主信道、竊聽(tīng)信道、以及干擾信道都是獨(dú)立同分布的。推導(dǎo)出了系統(tǒng)的安全中斷概率，分析了中繼數(shù)、天線數(shù)、以及Nakagami-m衰弱因子對(duì)系統(tǒng)安全中斷概率的影響，以及中繼數(shù)和天線數(shù)對(duì)非零安全容量概率的影響。分析的準(zhǔn)確性是通過(guò)數(shù)值結(jié)果和仿真結(jié)果的比較得出的。所得結(jié)果對(duì)于優(yōu)化多

5、跳傳輸方案在認(rèn)知中繼網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。
　　最后，對(duì)存在共信道干擾情況下的系統(tǒng)性能進(jìn)行研究，是通過(guò)考慮中繼處和多個(gè)用戶處同時(shí)受到共信道干擾的影響。具體而言，機(jī)會(huì)式用戶選擇方案來(lái)選擇出最佳用戶，所有的發(fā)射節(jié)點(diǎn)都是配備單天線的，并且在傳輸信號(hào)時(shí)，其發(fā)射功率都會(huì)受到授權(quán)用戶接收機(jī)的干擾影響?？紤]所有信道都是經(jīng)歷Rayleigh衰弱，推導(dǎo)出了該系統(tǒng)模型下閉合形式的安全中斷概率。分析的準(zhǔn)確性是通過(guò)數(shù)值結(jié)果和仿真結(jié)果的比較得出的。所得