本文選題：物理層安全 + 協(xié)作通信��； 參考：《電子科技大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：由于無線通信的廣播特性,通過無線介質(zhì)傳輸?shù)男畔⒂锌赡苁艿椒欠ㄓ脩艚孬@和竊聽。傳統(tǒng)的信息安全方法一般基于網(wǎng)絡(luò)層密鑰技術(shù),需要很強的計算機處理能力才能破譯,隨著計算機運算速度不斷提高,被破解的可能性也大大提高。物理層安全技術(shù)通過無線信道的物理特征來確保通信信息的安全性,使無線通信系統(tǒng)中的傳輸數(shù)據(jù)在底層進行處理,可以增強傳輸過程中的數(shù)據(jù)保密性。隨著全雙工無線電通信技術(shù)的迅速發(fā)展,目前最新的研究實驗成果已經(jīng)實現(xiàn)信號同時同頻傳輸,其自干擾可以被抑制到白噪聲水平。在全雙工中繼場景下對物理層安全技術(shù)進行研究,既可以發(fā)揮協(xié)作中繼的特點,又可以通過全雙工技術(shù)使系統(tǒng)傳輸速率與安全保密性能近乎倍增,因此研究全雙工協(xié)作中繼場景下的物理層安全技術(shù)具有重要意義。本文通過對人工噪聲與中繼波束成形矢量的設(shè)計,實現(xiàn)了全雙工中繼場景下的安全傳輸方法,主要研究工作如下:1.本文在多節(jié)點協(xié)作的全雙工中繼網(wǎng)絡(luò)模型下,設(shè)計了融合人工噪聲的中繼轉(zhuǎn)發(fā)方案,提出了基于安全速率最大化與功率最小化準(zhǔn)則的優(yōu)化算法,并通過對KKT條件的推導(dǎo),以及安全速率最大化問題和功率最小化問題之間的強對偶性,證明了算法的最優(yōu)性。仿真結(jié)果表明本文所提出的安全傳輸方案,相比原有的波束成形技術(shù)在系統(tǒng)性能上有顯著提升。2.由于實際場景中發(fā)送端已知的信道狀態(tài)信息具有不確定性這一現(xiàn)狀,本文對全雙工中繼場景中的魯棒性安全傳輸方案進行了設(shè)計。在有界誤差模型和統(tǒng)計誤差模型下,通過S-procedure等方法將竊聽端的SINR約束轉(zhuǎn)換為線性不等式約束,將最大化合法用戶端SINR的優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為凸優(yōu)化問題,推導(dǎo)出使系統(tǒng)獲得最大保密容量的波束成形矢量與人工噪聲矩陣,從而使非完美信道場景中的通信安全性得到了保障。3.本文提出信源與中繼相互協(xié)作,功率聯(lián)合分配的安全傳輸方案。中繼發(fā)送功率較高時,由于自干擾噪聲等因素的影響,僅考慮中繼之間互相協(xié)作難以使系統(tǒng)安全容量繼續(xù)提高。本文在所設(shè)計中繼轉(zhuǎn)發(fā)方案的基礎(chǔ)上做出改進,提出了源與中繼聯(lián)合功率分配的算法,使系統(tǒng)安全性能獲得進一步提高。
[Abstract]:Due to the broadcast characteristics of wireless communication, information transmitted through wireless media may be intercepted and eavesdropped by illegal users. Traditional information security methods are generally based on the network layer key technology, which requires strong computer processing ability to be deciphered. With the computer computing speed increasing, the possibility of being cracked is also greatly increased. Physical layer security technology ensures the security of communication information through the physical characteristics of wireless channel, and makes the transmission data in wireless communication system handle in the bottom layer, which can enhance the data confidentiality in the transmission process. With the rapid development of full-duplex radio communication technology, the latest experimental results have realized simultaneous transmission of signals at the same frequency, and their self-interference can be suppressed to white noise level. Under the full duplex relay scenario, the physical layer security technology can be studied, which can not only give play to the characteristics of cooperative relay, but also make the transmission rate and security performance of the system nearly double through full-duplex technology. Therefore, it is of great significance to study the physical layer security technology in the full duplex cooperative relay scenario. Based on the design of artificial noise and beamforming vector, the secure transmission method of full duplex relay is realized in this paper. The main research work is as follows: 1. In this paper, based on the full duplex relay network model of multi-node cooperation, a relay forwarding scheme with artificial noise is designed, and an optimization algorithm based on the maximization of security rate and power minimization criterion is proposed, and the KKT condition is derived. And the strong duality between the secure rate maximization problem and the power minimization problem, the optimality of the algorithm is proved. The simulation results show that the proposed secure transmission scheme can significantly improve the system performance compared with the original beamforming technology. Due to the uncertainty of the channel state information known to the sender in the actual scene, the robust secure transmission scheme in the full-duplex relay scenario is designed in this paper. Under the bounded error model and statistical error model, the SINR constraint of eavesdropping end is transformed into a linear inequality constraint by S-procedure method, and the optimization problem of SINR at the maximization of legitimate client is transformed into a convex optimization problem. The beamforming vector and the artificial noise matrix are derived to obtain the maximum security capacity of the system, so that the communication security in the imperfect channel scenario is guaranteed. 3. In this paper, a secure transmission scheme based on cooperative power allocation between source and relay is proposed. When the transmission power of relay is high, it is difficult to improve the security capacity of the system only by considering the cooperation between relays due to the influence of self-interference noise and other factors. Based on the proposed relay forwarding scheme, an algorithm of joint power allocation between source and relay is proposed in this paper, which can improve the security performance of the system.
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN918

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本文編號：2022211