NOMA系统下安全中继选择方案的研究

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物理层安全(Physical Layer Security,PLS)作为一种新兴的技术,被广泛的应用于传统的无线传输场景,它利用无线信道本身的物理特性,来实现信息的保密。而非正交多址接入技术(NOMA)通过不同的功率级,在发送端使用叠加编码(Superposition Coding)的方法传输叠加信号,在接收端使用SIC(Successive Interference Cancelation),进行自干扰消除,在相同的时间块上,实现多址接入技术,提高了频谱效率,因此成为下一代通信网络中的重点研究技术之一。本文将PLS和NOMA技术相结合,研究了NOMA场景中安全传输的中继选择问题。现有的研究工作主要集中在假设基站已知窃听信道的完美状态信息(Channel State Information,CSI)的情况下,结合PLS技术保障信息的安全传输。本文研究了NOMA场景的PLS问题,增加额外的干扰节点发送人工噪声(Artificial Noise,AN),多个中继协作基站进行安全传输。之前的PLS和NOMA技术相结合的场景中,研究了在已知CSI的情况下,中继采用AF转发和DF转发对系统的安全性能的影响。本文研究了在不知道窃听用户准确的CSI的情况下,多个中间节点采用DF的方式协作基站进行传输的场景,利用人工噪声削弱窃听用户的窃听,从中间节点中选择一个合适的节点作为中继节点,在保证远端NOMA用户服务质量的情况下,最大化近端NOMA用户的安全传输速率,有效的保证了系统的公平性和可靠性。本文采用保密中断概率(Security Outage Probability,SOP)作为性能指标,在合适的安全传输门限的约束下,得到了系统的闭式解表达式。进一步研究了功率分配因子,干扰功率,中间节点个数对系统性能的影响。对系统的渐近分析表明了在高信噪比的情况下,SOP趋近一个常数。最后,对方案计算得到的理论值与蒙特-卡洛仿真实验得到的实际值进行分析,结果表明,本方案可以在保证系统公平性的前提下,有效的提高NOMA系统的安全传输速率,合适的干扰功率和功率分配因子的设置,可以有效的提高系统的性能,与传统的NOMA中继协作方案相比,本方案可以有效的提高系统的安全性能。
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