基于協(xié)同式MIMO系統(tǒng)的物理層安全性能研究.pdf

1、隨著移動(dòng)通信的飛速發(fā)展，多輸入多輸出MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）技術(shù)已經(jīng)在通信網(wǎng)絡(luò)中獲得了深入應(yīng)用。同時(shí)，為了進(jìn)一步提升節(jié)點(diǎn)之間的合作性能，獲得更多的多輸入多輸出增益與多跳傳輸增益，包括協(xié)同MIMO、多用戶協(xié)同中繼等技術(shù)的協(xié)同通信技術(shù)自提出起就獲得了高速發(fā)展。然而，由于無線信道的開放性及復(fù)雜性，協(xié)同通信系統(tǒng)的保密性能日益受到嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。物理層安全技術(shù)（Physical Layer Securi

2、ty）利用無線信道的廣播性與衰落性等特點(diǎn)，旨在通過底層實(shí)現(xiàn)信息的保密傳輸，成為一種有效的對(duì)抗竊聽方的手段。
　　傳統(tǒng)的MIMO竊聽信道安全性能指標(biāo)通常以安全容量來表征。其物理意義是最大化的接收端的互信息與竊聽端的互信息之差。本文在安全容量的基礎(chǔ)上，結(jié)合地理位置的安全區(qū)域概念，對(duì)MIMO竊聽信道及協(xié)同MIMO系統(tǒng)的安全性能進(jìn)行分析，做了以下工作：
　?。?）針對(duì)MIMO竊聽信道各節(jié)點(diǎn)多天線的情況，在仿真的同時(shí)考慮大尺度衰落與天

3、線耦合效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)安全容量的影響。由于竊聽端尺寸受限，天線間的耦合效應(yīng)導(dǎo)致竊聽天線存在一個(gè)最優(yōu)值。通過仿真得出此時(shí)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的最小安全容量和安全區(qū)域。
　　（2）在對(duì)天線陣列尺寸受限的MIMO竊聽信道進(jìn)行建模時(shí)，考慮接收端在全雙工的通信模式下發(fā)送人工噪聲的情況。接收端在接收到發(fā)送端發(fā)送的信息的同時(shí)向竊聽端發(fā)送人工噪聲干擾竊聽端。通過仿真得出此時(shí)系統(tǒng)的安全容量與安全距離比沒有接收端人工噪聲的時(shí)候有較大的改善。
　?。?）在協(xié)同MI

4、MO場(chǎng)景下，針對(duì)存在不可信中繼的問題，提出了一種接收端聯(lián)合干擾對(duì)抗不可信中繼的物理層傳輸方案。此方案將信息傳輸過程分為兩個(gè)階段。第一階段，發(fā)送端將信息發(fā)送至中繼端及系統(tǒng)中距發(fā)送端距離較近的友好接收端，同時(shí)友好接收端發(fā)送噪聲信號(hào)干擾中繼端。第二階段，中繼端將與噪聲疊加的信號(hào)發(fā)送至目的接收端，同時(shí)友好接收端發(fā)送噪聲抵消信號(hào)至目的接收端。目的接收端在友好接受端的協(xié)助下還原出原始信息，中繼節(jié)點(diǎn)由于始終接收到噪聲信號(hào)的干擾從而提高了系統(tǒng)的安全容量