协同中继网络物理层安全研究与性能分析

摘要

随着用户对通信质量要求的不断提升，在增加通信速率的同时保证系统安全性一直是移动通信技术的重要研究方向。协同中继技术具有提升系统容量、扩大信号可覆盖范围以及降低发射源功率等优势，该技术成为当代的研究热点，也将成为未来无线通信的关键技术之一。然而，协同中继无线通信网络中更加开放的无线资源和更加复杂的网络结构使得信息传输的安全性将面临更大的挑战。物理层安全技术利用无线信道的空间特性，直接从物理层保障信息传输的安全性。现有文献对协同中继网络的安全性能分析时存在问题：在较为实际的协同中继通信场景中，各节点难以获得完全信道状态信息，加大安全传输方案设计难度；当前研究未同时考虑系统的安全性和可靠性，不能全面而合理的评价系统性能。
　　本文考虑更为现实的通信场景，设计了一种高效且低复杂度传输策略。首先，提出一种非可信中继系统模型，使用有限反馈技术在发送端仅知道部分合法信道的信道状态信息情况下进行通信。该模型通过在目的节点发送人工噪声干扰信息，并在接收时进行自干扰消除保证安全通信。其次，研究了放大转发非可信中继系统下物理层安全性能特性，并推导了相关安全性能指标的闭合表达式。再次，通过理论分析和Matlab仿真，分析了有限反馈技术对系统安全性和可靠性的影响，得到了反馈比特数和发射天线数关于安全中断概率和接收中断概率的单调性。最后，本文提出了一种能同时兼顾系统安全性和可靠性的最优反馈比特数的自适应选择方案。结果表明：在基于有限反馈的非可信中继通信系统中，通过目的节点发送人工噪声干扰信息，系统获得正安全容量；随反馈比特数的增加，安全中断概率单调增加，系统安全性逐渐变差，接收中断概率单调减少，系统可靠性逐渐变好；对接收信干噪比设置合理阈值以选择适宜的反馈比特数，可以在保证系统可靠性的同时最大化系统安全性。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 物理层安全技术发展背景

1.3 协同中继网络物理层安全研究文献综述

1.4 研究方法

1.5 论文结构安排

第2章 协同中继网络安全性能技术研究

2.1 基于信号处理的物理层安全传输方法

2.2 基于人工噪声的安全传输技术研究

2.3 安全性能分析研究

2.4 本章小结

第3章 基于有限反馈的物理层安全性能分析

3.1 有限反馈技术应用

3.2 基于有限反馈的安全性能分析

3.3 本章小结

第4章 兼顾可靠性的物理层安全性能分析

4.1 可靠性分析

4.2 兼顾可靠性的安全性性能分析

4.3 兼顾安全性和可靠性的反馈比特数自适应选择方法

4.4 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 前景与展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文和研究成果