本文關(guān)鍵詞：基于物理層安全的大規(guī)模多輸入多輸出中繼系統(tǒng)的資源分配算法研究

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【摘要】：無(wú)線(xiàn)信道的廣播特性導(dǎo)致了越來(lái)越多的信息安全問(wèn)題。傳統(tǒng)上,由上層的加密機(jī)制來(lái)保證無(wú)線(xiàn)通信的安全。但是,隨著竊聽(tīng)技術(shù)的發(fā)展,加密變得越來(lái)越復(fù)雜,這給通信雙方帶來(lái)了極大的運(yùn)算負(fù)擔(dān)。受信息論啟發(fā),物理層安全機(jī)制被引入到無(wú)線(xiàn)通信中,其只借助于無(wú)線(xiàn)信道本身的隨機(jī)特性,如衰落、噪聲和干擾等,就可以實(shí)現(xiàn)安全通信。本文考慮一個(gè)大規(guī)模多輸入多輸出中繼系統(tǒng),其中源節(jié)點(diǎn)在大規(guī)模多輸入多輸出中繼節(jié)點(diǎn)的幫助下向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息,而一個(gè)竊聽(tīng)節(jié)點(diǎn)試圖攔截從中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)出的信息。大規(guī)模多輸入多輸出中繼技術(shù)被用來(lái)提高無(wú)線(xiàn)通信的安全性能。首先,在具有不完全信道狀態(tài)信息的情況下,本文分析了放大轉(zhuǎn)發(fā)(AF)和解碼轉(zhuǎn)發(fā)(DF)兩種中繼協(xié)議下大規(guī)模多輸入多輸出安全中繼系統(tǒng)的安全中斷容量,并對(duì)這兩者的性能進(jìn)行了比較。進(jìn)一步,我們對(duì)這兩種中繼協(xié)議下的安全中斷容量進(jìn)行了漸近分析,得到了一些更為直觀的性能特性。其次,為了最大化解碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼協(xié)議下的大規(guī)模多輸入多輸出安全中繼系統(tǒng)的安全中斷容量,本文對(duì)這一安全中繼系統(tǒng)的資源進(jìn)行了優(yōu)化。第一步,以最大化安全容量為目標(biāo),我們對(duì)中繼發(fā)射功率進(jìn)行了優(yōu)化,得到了最佳中繼發(fā)射功率的閉式表達(dá)式。進(jìn)一步,我們對(duì)源節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率、中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率和兩跳之間的時(shí)間比例進(jìn)行了聯(lián)合優(yōu)化,給出了相應(yīng)的聯(lián)合資源分配算法。仿真結(jié)果證實(shí)了所提出的資源分配算法的有效性。最后,考慮到綠色通信的要求,我們對(duì)放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼協(xié)議下的大規(guī)模多輸入多輸出安全中繼系統(tǒng)的能量效率進(jìn)行了優(yōu)化。第一步,以最大化安全能量效率為目標(biāo),我們對(duì)中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率進(jìn)行了優(yōu)化,通過(guò)利用分?jǐn)?shù)規(guī)劃的性質(zhì),得到了相應(yīng)的功率分配方法。進(jìn)一步,我們對(duì)源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率在聯(lián)合限制與單獨(dú)限制的情況下分別進(jìn)行了優(yōu)化,得到了相應(yīng)的聯(lián)合資源分配算法。可以證明聯(lián)合功率限制的方案要比單獨(dú)功率限制的方案的性能要好,但是它們漸近趨于同一個(gè)飽和值。
【關(guān)鍵詞】：物理層安全 大規(guī)模多輸入多輸出中繼系統(tǒng) 放大轉(zhuǎn)發(fā) 解碼轉(zhuǎn)發(fā) 資源分配 能量效率
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TN919.3
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 縮略詞11-12
• 第一章 緒論12-20
• 1.1 研究背景與意義12-13
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3 物理層安全中的關(guān)鍵技術(shù)15-19
• 1.3.1 功率分配15
• 1.3.2 MIMO技術(shù)15-17
• 1.3.3 中繼技術(shù)17-19
• 1.4 主要工作和內(nèi)容安排19-20
• 第二章 LS-MIMO中繼系統(tǒng)的安全性能分析與比較20-37
• 2.1 系統(tǒng)模型20-22
• 2.2 安全中斷容量分析和比較22-26
• 2.2.1 解碼轉(zhuǎn)發(fā)（DF）中繼方式23-24
• 2.2.2 放大轉(zhuǎn)發(fā)（AF）中繼方式24-26
• 2.3 DF和AF系統(tǒng)的性能比較26-27
• 2.4 漸近分析27-31
• 2.4.1 DF LS-MIMO中繼安全系統(tǒng)的漸近分析27-29
• 2.4.2 AF LS-MIMO中繼安全系統(tǒng)的漸近分析29-31
• 2.5 仿真結(jié)果31-36
• 2.6 本章小結(jié)36-37
• 第三章 DF中繼系統(tǒng)中安全中斷容量最大化資源分配37-57
• 3.1 中繼節(jié)點(diǎn)的最佳功率分配37-42
• 3.1.1 安全中斷容量最大化功率分配37-39
• 3.1.2 竊聽(tīng)概率最小化功率分配39-41
• 3.1.3 最佳功率和最優(yōu)性能對(duì)SP的漸近特性41-42
• 3.2 DF中繼系統(tǒng)中的聯(lián)合資源分配42-49
• 3.2.1 時(shí)間分配可調(diào)的DF LS-MIMO中繼系統(tǒng)的性能42-44
• 3.2.2 功率和時(shí)間的聯(lián)合分配方案44-49
• 3.3 仿真結(jié)果49-56
• 3.3.1 中繼節(jié)點(diǎn)最佳功率分配方案仿真結(jié)果49-52
• 3.3.2 DF LS-MIMO系統(tǒng)的資源分配方案仿真結(jié)果52-56
• 3.4 本章小結(jié)56-57
• 第四章 AF中繼系統(tǒng)安全能效最大化功率分配57-74
• 4.1 中繼節(jié)點(diǎn)的最小天線(xiàn)數(shù)量57-60
• 4.2 中繼系統(tǒng)的功率消耗模型60
• 4.3 中繼節(jié)點(diǎn)的功率優(yōu)化60-62
• 4.4 最大化能效下的源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)的聯(lián)合優(yōu)化62-66
• 4.4.1 聯(lián)合功率限制下的能量有效功率分配方案62-65
• 4.4.2 單獨(dú)功率限制下的能量有效的功率分配65-66
• 4.5 仿真結(jié)果66-73
• 4.5.1 能量有效的中繼節(jié)點(diǎn)的功率分配方案的仿真與分析66-69
• 4.5.2 能量有效下的聯(lián)合功率分配方案的性能仿真與分析69-73
• 4.6 本章小結(jié)73-74
• 第五章 總結(jié)與展望74-76
• 5.1 工作總結(jié)74
• 5.2 研究工作展望74-76
• 參考文獻(xiàn)76-81
• 致謝81-82
• 在校期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文82-83
• 附錄I 定理 2.1 的證明83-85
• 附錄II 定理 2.2 的證明85-87
• 附錄III 定理 3.4 的證明87-89
• 附錄IV 定理 4.4 的證明89-91
• 附錄V 定理 4.5 的證明91

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 楊玉榮;;電信有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的安全問(wèn)題與應(yīng)對(duì)策略[J];無(wú)線(xiàn)互聯(lián)科技;2013年08期

2 趙麗霞;羅欣;;淺析無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)中的安全問(wèn)題及應(yīng)對(duì)措施[J];儀器儀表用戶(hù);2007年02期

3 張潔;朱麗娟;;DES加密算法分析與實(shí)現(xiàn)[J];軟件導(dǎo)刊;2007年03期

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本文編號(hào)：658649