中继通信系统中基于协作干扰的物理层安全技术研究

摘要

随着无线通信技术的快速发展，无线通信对我们的日常生活产生了越来越大的影响。近年来，关于无线通信中的安全问题的研究发展却相对落后，已经成为限制无线通信技术发展的重要因素。中继通信中基于协作干扰的物理层安全技术主要是利用无线信道的唯一性和互易性，通过发送人工噪声，干扰窃听用户的接收效果，同时保证合法用户的信号接收，从而提高系统安全性能。
　　本文以安全和速率作为衡量标准，结合中继选择策略、人工噪声技术及波束成型技术，对双向中继通信系统的安全性能进行了研究。
　　本文的主要工作如下：
　　（1）对中继通信系统中继节点的转发机制及选择标准进行了讨论，研究了在双向中继通信中基于中断概率的中继选择方法和基于级联信道的中继选择方法，对采用这两种中继选择方法的双向中继系统的安全和速率进行分析，研究结果表明，这两种中继选择方法均可以显著提升系统的安全性能。
　　（2）将基于零空间的人工噪声和中继选择策略相结合，设计了一种基于零空间人工噪声的双向中继物理层安全方案。该方案首先利用基于级联信道的中继选择方法将中继节点分为协同干扰节点和协同中继节点，其中协同干扰节点采用噪声转发机制发送人工噪声，协同中继节点采用放大转发机制转发消息。研究结果表明了此方案可以提高系统的安全性能。
　　（3）设计了一种结合波束成型和中继选择的物理层安全方案。使人工噪声在合法接收节点零陷波束成型，而窃听节点却受到人工噪声影响，达到提升系统安全和速率的目的。仿真结果也表明了此方案的有效性。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2物理层安全技术的提出

1.3物理层安全技术的研究现状

1.4本文的研究工作及章节安排

第二章 物理层安全的相关知识

2.1无线信道特性分析

2.2信息论基础

2.3协作干扰技术

2.4本章小结

第三章 双向中继系统中的安全性能分析

3.1中继转发机制与安全速率分析

3.2基于不同准则的中继选择策略

3.3双向中继系统

3.4安全性能分析

3.5计算机仿真与结果分析

3.6本章小结

第四章 双向中继系统中联合协作干扰及中继选择的物理层安全方案

4.1系统模型描述

4.2级联信道中继选择结合人工噪声的传输方案

4.3级联信道中继选择结合波束成型的传输方案

4.4本章小结

第五章 总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文

附录2 攻读硕士学位期间申请的专利

附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢