基于协作干扰的中继系统的物理层安全

摘要

近年来，随着无线通信领域的快速发展，无线终端数量急剧增加，通信数据的总量呈现指数式地增长，无线通信的安全问题引起了人们的广泛关注。物理层安全技术是在信息论的基础上充分利用了无线信道的种种传播特性，且不存在密钥管理以及分发的问题，和加密技术相互补充，能够进一步确保无线通信的安全传输。近年来，该研究方向得到了广泛关注，相关的技术正在迅速发展。协作干扰技术作为物理层安全技术的重要分支，主要是利用发送人为的干扰信号或噪声，恶化窃听者接收质量，从而确保通信系统的安全传输。基于此，本文对基于物理层安全的协作干扰机制下的中继系统的安全性能及中断概率做了相关研究，具体内容包括： （1）基于传统四节点中继系统窃听信道模型，即包含信源节点、中继节点、目的节点和窃听节点，在中继节点采用译码转发协议的情形下，研究了引入额外干扰节点对系统安全性能的影响。同时将引入的干扰节点分为两种情形，即一般干扰节点（该干扰节点会对目的节点的接收造成干扰）和友好干扰节点（该干扰节点不会对目的节点的接收造成干扰）。对不同情况下相应系统的安全中断概率的表达式作了相关理论推导，最后通过仿真结果验证了其有关性能。结果表明，引入一般干扰节点对系统安全性能的作用因其所处的相对位置不同而不同，但引入友好干扰节点始终能够提升系统的安全性能。 （2）针对存在窃听节点的可信中继系统的安全问题，基于物理层安全理论，在中继节点采用译码转发协议下，研究了协作干扰机制下中继系统的安全性能。在不引入额外干扰节点的情况下，提出了一种通过利用信源节点和目的节点依次发送干扰信号的方法来实现信息的安全传输。从理论上推导了该方法下系统的安全中断概率的表达式，并通过仿真验证了所提方法的有效性。结果表明，与一般传统的中继系统相比，采用协作干扰技术后，系统的安全中断概率显著降低。另外，通过采用所提协作干扰方法，提出的半双工中继系统的安全性能略好于相应的全双工中继系统。

目录

声明

1 绪论

1.1 选题背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 课题的主要内容和结构安排

2 相关背景知识

2.1 物理层安全

2.1.1 窃听信道经典模型

2.1.2 通信系统的安全性能指标

2.2 中继系统概述

2.3 协作干扰技术

2.3.1 协作干扰技术的提出

2.3.2 协作干扰信号的分类

2.4 瑞利衰落信道

2.5 本章小结

3 基于协作干扰的可信中继系统的安全性能分析

3.1 引言

3.2 传统无协作干扰中继系统模型

3.3 有协作干扰中继系统模型

3.4 仿真与分析

3.5 本章小结

4 基于S-D协作干扰的可信中继系统的安全性能分析

4.1 引言

4.2 系统模型与问题阐述

4.3 仿真与分析

4.4 本章小结

5 总结与展望

5.1 本文主要工作总结

5.2 未来工作展望

参考文献

个人简历及攻读硕士期间发表的学术论文

致谢