本文關(guān)鍵詞：衰落環(huán)境下無線認(rèn)知中繼網(wǎng)絡(luò)傳輸性能與物理層安全研究

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【摘要】：把無線中繼技術(shù)和認(rèn)知無線電技術(shù)相結(jié)合,構(gòu)成認(rèn)知中繼網(wǎng)絡(luò),不但能實(shí)現(xiàn)分集增益提升系統(tǒng)抗干擾性能、擴(kuò)展無線覆蓋區(qū)域,還能提高頻譜利用率,對(duì)其研究具有重要意義。然而,無線通信因其天然的開放性和廣播性特點(diǎn),極易受到竊聽和干擾等安全威脅,物理層安全技術(shù)為這一問題的解決提出了新思路。除此之外,信道衰落會(huì)嚴(yán)重影響無線通信系統(tǒng)的性能,因此開展衰落環(huán)境下無線認(rèn)知中繼通信系統(tǒng)傳輸方案、傳輸性能及其物理層安全的研究具有十分重要的意義。本文著重研究η-μ和Rayleigh衰落信道下認(rèn)知中繼和協(xié)作中繼通信系統(tǒng)的,并取得了一些重要研究成果。首先,通過研究認(rèn)知中繼通信系統(tǒng)在η-μ衰落信道下的傳輸性能,獲得了η-μ衰落信道下認(rèn)知中繼通信系統(tǒng)在不同發(fā)射功率約束條件下的中斷概率的一些新結(jié)果。具體包括：考慮兩種不同發(fā)射功率約束條件下(即峰值干擾功率約束、聯(lián)合峰值干擾功率約束-最大發(fā)射功率約束),分別得到了適用于整數(shù)衰落參數(shù)下的中斷概率的閉合下界以及任意衰落參數(shù)下的中斷概率下界的積分形式解,另外,利用泰勒級(jí)數(shù)展開式等數(shù)學(xué)知識(shí),采用一些近似手段,獲得了中斷概率在高信噪比(SNR)區(qū)域的漸近性能。數(shù)值和仿真結(jié)果驗(yàn)證了理論分析的正確性,所有理論結(jié)果可用來指導(dǎo)η-μ衰落信道下認(rèn)知中繼通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。其次,研究了存在竊聽用戶的認(rèn)知多中繼通信系統(tǒng)的物理層安全性能問題,并就兩種中繼選擇方案展開研究。其中：第一種中繼選擇方案(MinW方案),以保證系統(tǒng)通信的安全性傳輸為前提,通過最小化竊聽用戶的接收信噪比來選擇一個(gè)合適的中繼節(jié)點(diǎn)參與協(xié)助傳輸；第二種中繼選擇方案(MaxM方案),是以保證系統(tǒng)通信的可靠性傳輸為前提,通過最大化目的節(jié)點(diǎn)的接收信噪比來選擇一個(gè)合適的中繼節(jié)點(diǎn)協(xié)助傳輸。我們獲得了獨(dú)立非同分布Rayleigh衰落信道下,采用兩種中繼選擇方案時(shí)的截獲中斷概率的準(zhǔn)確解,并進(jìn)而獲得了系統(tǒng)截獲中斷概率以及高SNR條件下系統(tǒng)的漸進(jìn)截獲中斷概率的理論結(jié)果。數(shù)值和仿真結(jié)果驗(yàn)證了理論分析的正確性,所有理論結(jié)果為認(rèn)知多中繼通信系統(tǒng)的安全優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。最后,針對(duì)放大轉(zhuǎn)發(fā)(Amplify-and-Forward, AF)多中繼通信系統(tǒng)的可靠、安全傳輸問題,提出了一種基于門限和安全容量最大化的機(jī)會(huì)式中繼傳輸方案�？紤]存在竊聽用戶的多中繼協(xié)作通信系統(tǒng),所提中繼選擇方案工作過程如下：在數(shù)據(jù)傳輸之前,首先進(jìn)行信道估計(jì),選出使得目的節(jié)點(diǎn)接收SNR大于某一固定SNR門限值γth所對(duì)應(yīng)的中繼節(jié)點(diǎn)集合Ω,然后從該候選中繼節(jié)點(diǎn)集合Ω中,選擇能最大化系統(tǒng)安全容量的中繼節(jié)點(diǎn)R*。所提中繼選擇方案,既保證了主鏈路(信源節(jié)點(diǎn)→目的節(jié)點(diǎn))通信的可靠性,又保證了其安全性。假設(shè)所有信道都服從Rayleigh分布,通過仿真,比較了所提方案與已有最大-最小中繼選擇方案(max-min),最大-最大中繼選擇方案(max方案)的可靠性能及安全性能。所提方案為多中繼通信系統(tǒng)的可靠、安全傳輸,提供了一種高效可行的數(shù)據(jù)傳輸方案。
【關(guān)鍵詞】：衰落信道 協(xié)作中繼系統(tǒng) 認(rèn)知中繼系統(tǒng) 多中繼系統(tǒng) 中斷概率 截獲中斷 中繼選擇 安全容量
【學(xué)位授予單位】：揚(yáng)州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN925
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 1 緒論10-17
• 1.1 研究背景10-13
• 1.2 認(rèn)知中繼網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.1 可靠傳輸性能研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.2 物理層安全研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 研究內(nèi)容15-16
• 1.4 本文結(jié)構(gòu)16-17
• 2 η—μ衰落環(huán)境下認(rèn)知中繼網(wǎng)絡(luò)的理論性能分析17-38
• 2.1 系統(tǒng)模型17-24
• 2.1.1 單功率約束條件下的接收SNR及其分布19-22
• 2.1.2 聯(lián)合功率約束條件下的接收SNR及其分布22-24
• 2.2 單功率約束條件下的中斷概率分析24-28
• 2.2.1 下界分析25-26
• 2.2.2 漸進(jìn)分析26-28
• 2.3 聯(lián)合功率約束條件下的中斷概率分析28-31
• 2.3.1 下界分析28
• 2.3.2 漸進(jìn)分析28-31
• 2.4 兩種功率約束下的系統(tǒng)性能比較31
• 2.5 數(shù)值與仿真結(jié)果31-38
• 3 存在竊聽用戶的認(rèn)知多中繼網(wǎng)絡(luò)的安全性能分析38-52
• 3.1 系統(tǒng)模型38-40
• 3.2 截獲中斷概率分析40-46
• 3.2.1 準(zhǔn)確分析40-44
• 3.2.2 漸進(jìn)分析44-46
• 3.3 數(shù)值與仿真結(jié)果46-52
• 4 基于門限和最大化安全容量的多中繼系統(tǒng)機(jī)會(huì)式傳輸方案52-56
• 4.1 研究背景52-53
• 4.2 所提機(jī)會(huì)式傳輸方案工作原理53-55
• 4.3 仿真結(jié)果55-56
• 5 總結(jié)與展望56-58
• 5.1 本文工作總結(jié)56-57
• 5.2 本文的不足及下一步工作展望57-58
• 參考文獻(xiàn)58-64
• 致謝64-65
• 攻讀學(xué)位期間完成的論文、專利及參加科研項(xiàng)目65-66

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