【摘要】：針對NOMA系統(tǒng)中的信息安全傳輸問題,提出基于協(xié)作干擾的物理層安全方案,該方案利用外部協(xié)作節(jié)點發(fā)送干擾信號惡化竊聽者的接收性能。本文首先利用泊松點過程對協(xié)作節(jié)點和竊聽者的位置進行安全建模,然后推導(dǎo)了隨機協(xié)作干擾方案下系統(tǒng)保密中斷概率的閉式解,但隨機協(xié)作干擾方案會同時惡化合法用戶的接收信號,性能有限,因此進一步提出一種信道增益受限的協(xié)作干擾方案,該方案選擇到近端用戶和遠端用戶的瑞利信道因子均小于一定閾值的協(xié)作節(jié)點發(fā)送干擾信號,會對竊聽者造成更嚴重的影響。仿真結(jié)果表明,在NOMA系統(tǒng)中采用受限的協(xié)作干擾方案能夠有效提升系統(tǒng)安全性能。
【圖文】：

個Eves，Nc、Ne為隨機變量，因此記節(jié)點S1到Eves的信道向量為F=(f1，f2，…，fNe)∈C1×Ne;節(jié)點組S2到合法用戶的信道向量為gm，gn∈CNc×1，到Eves的信道矩陣為U=(u1，u2，…，uNe)∈CNc×Ne。根據(jù)NOMA原理，信號節(jié)點S1發(fā)送合法用戶m和n的線性疊加信號s=pmxm+pnxn，其中xi，i=m，n為合法用戶目標信號，均值為1，pi，i=m，n為合法用戶信號發(fā)送功率，滿足pm＜pn。設(shè)基站總功率為p0，則p0=pm+pn。圖1SISO-NOMA系統(tǒng)模型Fig．1SISO-NOMAsystemmodel837

和式(16)代入式(17)，即可得到隨機協(xié)作干擾方案下2-NOMA系統(tǒng)保密中斷概率的閉式解。4信道增益受限的協(xié)作干擾方案隨機協(xié)作干擾方案將同時影響合法用戶和Eves，干擾效果較差，當(dāng)協(xié)作節(jié)點密度過大時甚至?xí)夯到y(tǒng)安全性能。為增強協(xié)作節(jié)點的干擾效果，提升能量效率，需要合理地選擇協(xié)作節(jié)點，使得干擾信號對Eves的影響遠大于對合法用戶的影響�？紤]以下協(xié)作節(jié)點選擇方案［21］:選擇到合法用戶m和n的信道增益(瑞利衰落因子)均小于ε的協(xié)作節(jié)點發(fā)射干擾信號，該方案被稱作信道增益受限的協(xié)作干擾方案，詳細方案見圖2，此時參與協(xié)作干擾的節(jié)點集為:Θ={g～mj2≤ε，g～nj2≤ε，j∈Φc}(18)式(18)中隨機變量g～mj2和g～nj2相互獨立，均服從均值為1的指數(shù)分布，其聯(lián)合CDF可表達為:F|g～mj|2|g～nj|2(x，y)=(1－e－x)·(1－e－y)(19)因此，被選中協(xié)作節(jié)點信道增益的PDF為:f|g～ij|2(xΘ)=e－x1［0，ε］(x)(1－e－ε)2，i=m，n(20)其中，1［0，ε］(x)為示性函數(shù)，即當(dāng)x∈［0，ε］時，1［0，ε］(x)=1，否則1［0，ε］(x)=0。圖2信道增益受限的協(xié)作干擾方案Fig．2Thediagramofcooperativejammingschemebasedonlimitedchannelgain引理1中，，E［ζσ］=Γ(σ+1)成立的條件是用戶信道為瑞利衰落信道，即ζ～exp(1)。上述協(xié)作節(jié)點選擇方案對發(fā)送干擾的協(xié)作節(jié)點進行了約束，此時協(xié)作節(jié)點信道增益的PDF滿足式(20)，因此引理1不再成立，需要修正。表1優(yōu)化問題(22)的求解算法Tab．1Thesolutionforoptimizationproblem(22)初始化:a=βmin=0，b=βmax=0．5，設(shè)置一維搜索精度鐕。1．r1=a+0．38
【作者單位】： 國家數(shù)字交換系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心;
【基金】：國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(“863”計劃)基金(2015AA01A708) 國家自然科學(xué)基金(61471896) 中國博士后科學(xué)基金資助項目(2016M592990)
【分類號】：TN918

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本文編號：2533484