協(xié)作頻譜共享網(wǎng)絡中的安全性能分析.pdf

1、協(xié)作分集技術和頻譜共享技術的聯(lián)合應用能有效對抗多徑衰落、提高頻譜利用率從而緩解頻譜資源短缺的矛盾，物理層安全技術可以提高無線通信網(wǎng)絡的傳輸安全性。然而目前研究協(xié)作頻譜共享技術的相關文獻大都以信道容量最大化或者頻譜共享策略為研究目標，沒有考慮系統(tǒng)能效和安全傳輸問題；物理層安全方面文獻大都以安全容量最優(yōu)或者總發(fā)射功率最小為研究目標。但是，隨著無線通信領域的迅速發(fā)展，人們希望數(shù)據(jù)傳輸?shù)馗?、更安全，能量利用效率和系統(tǒng)穩(wěn)定性更高。因此，不同技術

2、的綜合應用成為時代的必然?；诖?，本文對協(xié)作頻譜共享機制下系統(tǒng)的安全能效和中斷概率做了相關研究，具體內(nèi)容包括：
　　1.在本文所提協(xié)作頻譜共享機制中，充當中繼節(jié)點的認知用戶發(fā)射端利用功率分配因子?和1-?將授權網(wǎng)絡數(shù)據(jù)和認知網(wǎng)絡數(shù)據(jù)疊加后轉發(fā)給相應的目的接收端，同時，偽裝成合法用戶的竊聽節(jié)點也接收到疊加信號?；诖藱C制，研究了中繼節(jié)點采用譯碼轉發(fā)協(xié)議時系統(tǒng)安全能效最優(yōu)的功率分配算法。針對目標函數(shù)非凸問題，利用分式規(guī)劃和DC(Dif

3、ference of Convex functions)規(guī)劃理論對原問題進行迭代求解。仿真結果表明，相比保密速率最大化優(yōu)化目標，所提算法能獲得更高的安全能效，但因保密速率和安全能效之間的折中，此時保密速率有一定損失。
　　2.針對上述協(xié)作頻譜共享機制，研究了中繼節(jié)點采用放大轉發(fā)協(xié)議、滿足峰值功率和保密速率約束下，系統(tǒng)安全能效最優(yōu)的功率分配算法。聯(lián)合應用分式規(guī)劃、罰函數(shù)、交替搜索和DC規(guī)劃理論將原目標函數(shù)進行等效和逐層分解。仿真結果

4、對比了所提算法與遍歷算法的性能差距，并驗證了所提算法的收斂性能。分析了節(jié)點位置變化對系統(tǒng)安全能效的影響，并驗證了物理層安全通信網(wǎng)絡中依然存在保密速率和安全能效的折中。
　　3.考慮了授權網(wǎng)絡以頻譜共享機會作為誘餌竊聽認知網(wǎng)絡機密數(shù)據(jù)的情形。針對授權用戶發(fā)射端作為竊聽節(jié)點的情形，推導得出了中繼節(jié)點采用譯碼轉發(fā)和放大轉發(fā)協(xié)議時，授權網(wǎng)絡的中斷概率和認知網(wǎng)絡安全中斷概率的表達式以及閉式解，分析了功率分配因子取值范圍和對系統(tǒng)中斷概率的影響