协作频谱共享网络中的安全性能分析

摘要

协作分集技术和频谱共享技术的联合应用能有效对抗多径衰落、提高频谱利用率从而缓解频谱资源短缺的矛盾，物理层安全技术可以提高无线通信网络的传输安全性。然而目前研究协作频谱共享技术的相关文献大都以信道容量最大化或者频谱共享策略为研究目标，没有考虑系统能效和安全传输问题；物理层安全方面文献大都以安全容量最优或者总发射功率最小为研究目标。但是，随着无线通信领域的迅速发展，人们希望数据传输地更快、更安全，能量利用效率和系统稳定性更高。因此，不同技术的综合应用成为时代的必然。基于此，本文对协作频谱共享机制下系统的安全能效和中断概率做了相关研究，具体内容包括：
　　1.在本文所提协作频谱共享机制中，充当中继节点的认知用户发射端利用功率分配因子?和1-?将授权网络数据和认知网络数据叠加后转发给相应的目的接收端，同时，伪装成合法用户的窃听节点也接收到叠加信号。基于此机制，研究了中继节点采用译码转发协议时系统安全能效最优的功率分配算法。针对目标函数非凸问题，利用分式规划和DC(Difference of Convex functions)规划理论对原问题进行迭代求解。仿真结果表明，相比保密速率最大化优化目标，所提算法能获得更高的安全能效，但因保密速率和安全能效之间的折中，此时保密速率有一定损失。
　　2.针对上述协作频谱共享机制，研究了中继节点采用放大转发协议、满足峰值功率和保密速率约束下，系统安全能效最优的功率分配算法。联合应用分式规划、罚函数、交替搜索和DC规划理论将原目标函数进行等效和逐层分解。仿真结果对比了所提算法与遍历算法的性能差距，并验证了所提算法的收敛性能。分析了节点位置变化对系统安全能效的影响，并验证了物理层安全通信网络中依然存在保密速率和安全能效的折中。
　　3.考虑了授权网络以频谱共享机会作为诱饵窃听认知网络机密数据的情形。针对授权用户发射端作为窃听节点的情形，推导得出了中继节点采用译码转发和放大转发协议时，授权网络的中断概率和认知网络安全中断概率的表达式以及闭式解，分析了功率分配因子取值范围和对系统中断概率的影响并通过仿真结果进行验证。

目录

声明

1 绪论

1.1 选题背景与意义

1.2 课题的研究现状

1.3 课题的主要内容和结构安排

2 协作频谱共享与物理层安全

2.1 协作通信

2.2 频谱共享技术

2.3 物理层安全

3 译码转发机制下安全能效最优的功率分配算法

3.1 引言

3.2 系统模型与问题阐述

3.3 问题求解

3.4 仿真结果及性能分析

3.5 本章小结

4 放大转发机制下安全能效最优的功率分配策略

4.1 引言

4.2 系统模型描述

4.3 算法设计

4.4 DC规划算法

4.5 算法总结

4.6 算法复杂度分析

4.7 仿真结果及分析

4.8 本章小结

5 协作频谱共享网络中安全中断概率对比分析

5.1 引言

5.2 系统模型和问题阐述

5.3 系统中断概率分析

5.4 仿真结果及分析

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 本文工作总结

6.2 未来工作展望

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果

致谢