认知中继网络的安全切换驻留合并技术研究

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中继技术可以在不增加发射端发射功率的前提下,提高传输的可靠性及系统通信容量,并增加传输的覆盖范围。因此,协作中继网络近年来引起了无线通信研究人员的广泛关注。为了解决无线网络中频谱资源匮乏的难题,认知技术被融入到协作通信系统形成了认知中继网络,成为下一代无线通信的关键技术之一。  然而由于无线传输的广播特性,认知中继网络的通信有可能被非目标节点窃听,造成了严重的信息安全隐患。为此,需要研究认知中继网络的物理层安全特性,确保无线通信的安全传输。对于含有多个认知中继节点的通信网络,可应用机会式选择技术来选出一个最佳的中继节点辅助通信。尽管机会式选择技术能有效地挖掘系统的全部分集增益,它有两大缺点。一个缺点是繁重的信道估计给系统带来的沉重负担,这是每一个中继节点的信道参数系统都需要估计。另外一个缺点在于频繁的中继切换会造成系统传输的不稳定。因此,在保障认知中继网络安全通信的同时,克服机会式选择的缺点,十分重要。  针对包含两个解码转发的认知中继网络,本文提出了一种安全的分支切换驻留合并(SSSC)协议,以对抗窃听节点的监听。在SSSC协议中,两个中继节点中只有一个中继会被激活来辅助次用户至次接收端的安全通信。只有当前一帧中继节点不能再支撑当前帧安全通信时,中继分支切换才会发生;否则一直使用同一个中继节点来进行安全通信。依赖于窃听信道的瞬时或者统计信息,系统判断是否发生中继分支切换。对于这两种情况,通过分析安全中断概率来研究系统的安全通信性能。同时当主信道与窃听信道平均强度比变得很大时,给出了安全中断概率的渐进表达式。从渐进表达式可以看出,在已知窃听信道瞬时信息的前提下,SSSC协议能获得系统的全分集增益;在已知窃听信道统计信息的前提下,SSSC协议也能接近系统的全分集增益。数值与仿真结果验证了SSSC协议的优点。
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