非信任中继网络的安全通信与功率分配研究

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随着无线通信系统对高频谱利用率、低数据传输能耗需求的增长,基于中继节点的协作通信技术日益受到关注。在无线通信物理层安全研究中,对中继传输的主要担忧在于中继的可信任问题。本文主要研究了非信任中继网络中基于协作干扰的物理层安全传输策略。本文的主要工作和创新概括如下:针对基于能量收集的单向非信任中继网络,在中继采用放大转发协议和时间切换的能量收集协议时,提出了源节点协作干扰策略。以半双工中继系统为例论证了引入协作干扰信号的必要性。推导了单向非信任中继网络的保密率和中断概率的数学表达式。为了最大限度地提高单向非信任中继网络的保密性,研究了一种联合功率分配和时间切换方案。推导了协同干扰功率分配的闭环最优解,并使用内点法得到了最优的能量收集时间切换因子。最后,对提出的协同干扰策略和时间切换方案进行了实验仿真及分析。针对非完美信道状态下的双向非信任中继通信系统,提出了在每个源节点中引入自干扰的双向协同干扰策略。首先推导了该策略下系统安全容量的表达式。然后在给定功率约束的情况下,以最大化系统安全容量为目标,研究了两个源节点有用信号发射功率与协作干扰信号发射功率的功率分配问题。基于内点法和遗传算法给出了总功率约束下的迭代功率分配算法,并求出了各节点独立功率约束下的功率分配闭环最优解。同时,为了对比传输策略安全性能,研究了无协作干扰策略和单向协作干扰策略。仿真结果表明,采用双向协同干扰策略的系统的保密性能优于其它对比方案。
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