【摘要】：本文圍繞SCMA多址接入系統(tǒng)中繼協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)中非確信中繼鏈路的安全問題進行展開。中繼協(xié)作通信模型是各個節(jié)點具有不同安全級別的通信網(wǎng)絡(luò),而中繼節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中具有較低的安全許可,因此其正在中繼的機密消息不被信任。假設(shè)機密消息用于身份驗證,為了避免受竊聽節(jié)點非法攻擊,應(yīng)當(dāng)禁止向中繼節(jié)點泄露該消息。因此,中繼器不僅被視為幫助消息傳輸?shù)陌l(fā)送器,還應(yīng)被視為能夠竊聽所傳輸信息的竊聽器。針對上述問題,本文提出了中繼協(xié)作SCMA網(wǎng)絡(luò)的物理層安全模型,設(shè)計低復(fù)雜度載波分配優(yōu)化方案。以最大化非確信中繼系統(tǒng)保密和速率為目標,優(yōu)化SCMA系統(tǒng)用戶資源映射矩陣,提升系統(tǒng)保密性能。除此之外,本文研究了系統(tǒng)收發(fā)用戶對內(nèi)節(jié)點功率分配方案。最后,在系統(tǒng)模型內(nèi)加入?yún)f(xié)作干擾節(jié)點,研究用戶節(jié)點與協(xié)作干擾節(jié)點的功率分配方案,進一步達到增強系統(tǒng)保密性能。首先,本文根據(jù)SCMA通信系統(tǒng)多用戶信號傳輸?shù)奶卣?設(shè)計合理的中繼協(xié)作SCMA網(wǎng)絡(luò)的物理層安全模型,分析系統(tǒng)的保密性能。假定在此系統(tǒng)模型中協(xié)作中繼的工作模式為放大轉(zhuǎn)發(fā)模式,理論分析并仿真驗證中繼放大轉(zhuǎn)發(fā)系數(shù)對系統(tǒng)保密性能的影響,設(shè)計合理的中繼放大轉(zhuǎn)發(fā)方案。其次,針對SCMA多址接入系統(tǒng)多用戶非正交傳輸?shù)墓ぷ髂Ｊ?設(shè)計低復(fù)雜度載波分配優(yōu)化方案。以最大化非確信中繼系統(tǒng)保密和速率為目標,優(yōu)化SCMA系統(tǒng)用戶資源映射矩陣,采用基于博弈論的雙匹配算法,以低復(fù)雜度達到接近窮舉遍歷資源分配方案的性能。本研究同時對算法收斂性,穩(wěn)定性以及算法復(fù)雜度進行了詳細分析。最后,為了在不影響系統(tǒng)用戶正常通信的前提下進一步提升系統(tǒng)的保密性能,研究了系統(tǒng)功率分配方案。首先在無協(xié)作干擾的系統(tǒng)框架下,研究系統(tǒng)收發(fā)用戶對功率分配方案。進而在系統(tǒng)模型中加入?yún)f(xié)作干擾節(jié)點,分別理論分析了協(xié)作干擾發(fā)射信號被系統(tǒng)用戶節(jié)點完美已知與未知兩種情況對系統(tǒng)保密性能的影響。通過理論分析和仿真驗證,證明了只有在協(xié)作干擾信號被系統(tǒng)用戶終端節(jié)點已知時,加入?yún)f(xié)作干擾信號才會使得系統(tǒng)整體保密性能提升。對于協(xié)作干擾信號被終端用戶已知的系統(tǒng)模型,研究完成了基于最大化系統(tǒng)保密和容量的系統(tǒng)用戶與協(xié)作干擾功率分配方案研究,并且所研究的方案要求不過多增加系統(tǒng)功率開銷。在給定系統(tǒng)額外開銷設(shè)計指標的前提下,所設(shè)計的算法可以求解出用戶節(jié)點與協(xié)作干擾節(jié)點之間的最優(yōu)功率分配方案。
【圖文】：

用的載波資源上獲得正的保密速率。因此，，對于非確，針對每一個載波 k 而言將其放大系數(shù)2R ,kG 設(shè)置為相最大值的平方根大小，從而確保所有用戶實現(xiàn)保密通仿真分析究一個單小區(qū)系統(tǒng)，設(shè)定小區(qū)半徑為 100m，小區(qū)內(nèi) 200m 的小區(qū)內(nèi)。假設(shè)系統(tǒng)內(nèi)的信道條件為塊衰落信道狀態(tài)保持不變，時隙之間系統(tǒng)的信道狀態(tài)相互獨立結(jié)果全部是將系統(tǒng)用戶的載波接入進行隨機分配部署化。設(shè)定每個用戶最多可以利用 3 個子載波資源接入多可以承載 6 個用戶。上一小節(jié)推出了使所有系統(tǒng)用得正保密速率時，中繼放大系數(shù)的理論值。令中繼在大系數(shù)滿足2R ,kG 等于式(3.24)右側(cè)集合元素的最大值論推導(dǎo)值的正確性。仿真結(jié)果如圖 3-3 所示。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 3-3 可以發(fā)現(xiàn)，在將非確信中繼放大系數(shù)設(shè)置為式(3.2時，所有系統(tǒng)用戶在其接入的各個子載波上都獲得了正推導(dǎo)結(jié)果在使系統(tǒng)用戶全部獲得正保密速率的放大系數(shù)仿真方式證明該理論推導(dǎo)值就是使系統(tǒng)用戶全部獲得正到圖 3-3 的仿真結(jié)果的中繼放大系數(shù)略微調(diào)小，保證信他實驗變量相同，通過仿真查看此時系統(tǒng)獲得正保密速真結(jié)果圖 3-4 可以看出，稍微將中繼放大系數(shù)減小就存在上無法獲得正保密速率的情況。因此，通過仿真驗證了所統(tǒng)所用戶在接入載波資源上全部獲得正保密速率的臨界小節(jié)理論推導(dǎo)結(jié)果的正確性。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN929.5

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