雙向協(xié)作通信中繼方案與信道安全性研究.pdf

1、無線通信中信道的開放特性使得通信安全性研究更具挑戰(zhàn)性。1949年香農(nóng)闡明了通信的基本問題，給出了通信系統(tǒng)模型，為保密通信理論奠定了基礎(chǔ)，之后Wyner提出了竊聽信道安全容量的概念。雖然無線網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)較成熟，但無線通信的廣播特性給無線信道安全性研究帶來了特殊的困難。不同于傳統(tǒng)的基于物理層以上的通信安全性研究，本文以信息安全速率為性能考核指標(biāo)，利用信息論知識(shí)分析三節(jié)點(diǎn)雙向協(xié)作通信信道安全性問題。本文的主要工作如下:
　　 研究了安

2、全AF(Amplify and Forward)雙向協(xié)作通信系統(tǒng)的功率分配。主要基于兩種竊聽信道模型對(duì)安全性研究進(jìn)行展開，1）基于不信任中繼的雙向竊聽信道模型，介紹了平均功率分配方案，并得出了在高信噪比條件下安全速率與信道系數(shù)的關(guān)系。根據(jù)不同信道特征分析了基于信道狀態(tài)信息的優(yōu)化功率分配方案，并利用拉格朗乘數(shù)法求出了功率分配閉式解。2）由于在大部分研究成果中，采用獨(dú)立的干擾節(jié)點(diǎn)來加強(qiáng)系統(tǒng)的安全性，而這種策略的缺點(diǎn)是信源不易對(duì)其進(jìn)行控制（位

3、置與功率）。在單節(jié)點(diǎn)功率受限制的條件下，提出了一種安全策略，各節(jié)點(diǎn)（兩個(gè)信源和一個(gè)中繼）根據(jù)各自的瞬時(shí)信道條件，利用部分功率發(fā)送秘密信號(hào)，剩余功率發(fā)送干擾信號(hào)。采用這種思想，分別介紹了基于全部信道狀態(tài)信息的優(yōu)化功率分配與基于平均竊聽信道狀態(tài)信息的次優(yōu)化功率分配方案，通過性能分析與仿真得出，優(yōu)化功率分配方案始終優(yōu)于次優(yōu)化功率分配方案?？紤]到人為干擾噪聲會(huì)對(duì)合法信道造成很大的負(fù)面影響，于是提出了干擾可除的優(yōu)化功率分配方案，它通過三個(gè)合法節(jié)點(diǎn)

4、解碼并濾除掉所有人為干擾，避免其帶來的負(fù)影響，安全性能得到大幅提升。仿真分析驗(yàn)證，干擾可除的功率分配方案可提供最大的安全速率，而且還比其它方案具有更好的安全魯棒性。
　　 展開了DF(Decoded and Forward)雙向協(xié)作模型中中繼選擇對(duì)系統(tǒng)安全性的研究。在非干擾模式下，分別介紹了傳統(tǒng)選擇方案、隨機(jī)選擇方案和優(yōu)化的中繼選擇方案準(zhǔn)則及各自的選擇算法。通過性能分析與仿真得出，優(yōu)化中繼選擇方案比隨機(jī)選擇方案和傳統(tǒng)方案具有更好