【摘要】：將協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)與認(rèn)知無(wú)線電組合成一類(lèi)新型認(rèn)知中繼網(wǎng)絡(luò),不僅能夠?qū)崿F(xiàn)頻譜共享,提高頻譜利用率,而且能夠拓寬無(wú)線覆蓋區(qū)域、實(shí)現(xiàn)分級(jí)增益。協(xié)作通信中,解碼轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)是傳輸信號(hào)的重要手段之一。另外,為確保傳輸數(shù)據(jù)的可靠性,給通信系統(tǒng)中的終端設(shè)備提供傳輸路徑是靠物理層實(shí)現(xiàn)的。然而,由于無(wú)線通信開(kāi)放性以及廣播性的特點(diǎn),信息傳輸容易遭受竊聽(tīng)及干擾。因此,對(duì)于解碼轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議下,物理層上的認(rèn)知中繼網(wǎng)絡(luò)的安全性能研究具有十分重要的意義。本文主要研究了三種不同解碼轉(zhuǎn)發(fā)認(rèn)知中繼網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全性能,并且就常見(jiàn)的小區(qū)通信環(huán)境出發(fā)分析其網(wǎng)絡(luò)模型的實(shí)際應(yīng)用。獲得的部分研究成果如下:首先,考慮在兩跳多中繼解碼轉(zhuǎn)發(fā)認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中,研究了最大中繼選擇方案下系統(tǒng)的安全性能。具體而言,考慮直傳鏈路的存在,選擇合并技術(shù)被使用在信號(hào)接收端。此外,當(dāng)所有的發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送信號(hào)時(shí),其發(fā)送功率受到授權(quán)用戶(hù)的干擾。每一次信息傳輸,都能夠被竊聽(tīng)者竊聽(tīng)�？紤]所有信道都是經(jīng)歷Rayleigh衰弱,得到了安全中斷概率以及非零安全容量概率。并且,求出了在高信噪比下的安全中斷概率的漸近表達(dá)式來(lái)衡量系統(tǒng)的安全性能。分析的準(zhǔn)確性是通過(guò)數(shù)值結(jié)果和仿真結(jié)果的比較得出的。所得結(jié)果對(duì)于優(yōu)化和設(shè)計(jì)中繼選擇方案在認(rèn)知中繼網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。其次,在多跳解碼轉(zhuǎn)發(fā)認(rèn)知中繼網(wǎng)絡(luò)中,研究該系統(tǒng)的安全性能是基于考慮主信道發(fā)射節(jié)點(diǎn)是多個(gè)天線且竊聽(tīng)者是單個(gè)天線的。具體而言,中繼在單天線發(fā)射信息時(shí),發(fā)射功率受到認(rèn)知用戶(hù)接收機(jī)的干擾溫度影響,選擇合并技術(shù)被使用在中繼及信號(hào)接收端的多接收天線處。并且,竊聽(tīng)者能夠竊聽(tīng)每一跳的信息。多跳系統(tǒng)中,只要任意一跳的信息傳輸發(fā)生中斷,則整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)發(fā)生中斷�？紤]所有的信道都是經(jīng)歷Nakagami-m衰弱,且相同的主信道、竊聽(tīng)信道、以及干擾信道都是獨(dú)立同分布的。推導(dǎo)出了系統(tǒng)的安全中斷概率,分析了中繼數(shù)、天線數(shù)、以及Nakagami-m衰弱因子對(duì)系統(tǒng)安全中斷概率的影響,以及中繼數(shù)和天線數(shù)對(duì)非零安全容量概率的影響。分析的準(zhǔn)確性是通過(guò)數(shù)值結(jié)果和仿真結(jié)果的比較得出的。所得結(jié)果對(duì)于優(yōu)化多跳傳輸方案在認(rèn)知中繼網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。最后,對(duì)存在共信道干擾情況下的系統(tǒng)性能進(jìn)行研究,是通過(guò)考慮中繼處和多個(gè)用戶(hù)處同時(shí)受到共信道干擾的影響。具體而言,機(jī)會(huì)式用戶(hù)選擇方案來(lái)選擇出最佳用戶(hù),所有的發(fā)射節(jié)點(diǎn)都是配備單天線的,并且在傳輸信號(hào)時(shí),其發(fā)射功率都會(huì)受到授權(quán)用戶(hù)接收機(jī)的干擾影響�？紤]所有信道都是經(jīng)歷Rayleigh衰弱,推導(dǎo)出了該系統(tǒng)模型下閉合形式的安全中斷概率。分析的準(zhǔn)確性是通過(guò)數(shù)值結(jié)果和仿真結(jié)果的比較得出的。所得結(jié)果對(duì)于優(yōu)化和設(shè)計(jì)存在共信道干擾的認(rèn)知中繼網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。
[Abstract]:The cooperative communication network and cognitive radio are combined into a new cognitive relay network, which can not only achieve spectrum sharing, improve spectrum efficiency, but also widen the wireless coverage area and achieve hierarchical gain. In cooperative communication, decoding and forwarding technology is one of the important means to transmit signals. In addition, in order to ensure the reliability of the data transmission, the physical layer is used to provide the transmission path to the terminal equipment in the communication system. However, due to the openness and broadcast of wireless communication, information transmission is vulnerable to eavesdropping and interference. Therefore, it is of great significance to study the security performance of cognitive relay networks in the physical layer under decoding and forwarding protocols. In this paper, the security performance of three different decoding and forwarding cognitive relay network systems is studied, and the practical application of the network model is analyzed based on the common cell communication environment. Some results obtained are as follows: firstly, the security performance of the system under the maximum relay selection scheme is studied in two-hop multi-relay decoding and forwarding cognitive networks. Specifically, considering the existence of direct link, the selective combining technique is used in the signal receiver. In addition, when all transmitting nodes transmit signals, their transmission power is interfered with by authorized users. Every transmission of information can be eavesdropped by eavesdroppers. Considering that all channels experience Rayleigh weakness, the probability of security outage and non-zero security capacity are obtained. Furthermore, the asymptotic expression of the security interruption probability in high SNR is obtained to evaluate the security performance of the system. The accuracy of the analysis is obtained by comparing the numerical results with the simulation results. The results can be used to optimize and design relay selection schemes in cognitive relay networks. Secondly, in multi-hop decoding forwarding cognitive relay networks, the security performance of the system is based on the consideration that the main channel transmitting node is multiple antennas and the eavesdropper is a single antenna. In particular, the transmission power is affected by the interference temperature of the cognitive user receiver when the relay transmits information with a single antenna, and the selection and combination technique is used at the multiple receiving antennas of the relay and the signal receiver. Moreover, eavesdroppers can eavesdrop on every hop of information. In multi-hop system, the whole system will be interrupted as long as any one-hop information transmission is interrupted. It is considered that all channels experience Nakagami-m debilitating, and the same primary channel, eavesdropping channel, and interference channel are independent and distributed. The security interrupt probability of the system is derived. The effects of relay number antenna number and Nakagami-m attenuation factor on the system security interrupt probability and the influence of relay number and antenna number on the non-zero safe capacity probability are analyzed. The accuracy of the analysis is obtained by comparing the numerical results with the simulation results. The results can be used to optimize the applications of multi-hop transmission schemes in cognitive relay networks. Finally, the performance of the system in the presence of co-channel interference is studied by considering that both relay and multiple users are affected by co-channel interference at the same time. In particular, the opportunistic user selects the best user. All transmit nodes are equipped with a single antenna, and the transmit power is affected by the interference of the authorized user receiver when transmitting the signal. Considering that all channels are subjected to Rayleigh debilitating, the closed form of the security interrupt probability is derived under the system model. The accuracy of the analysis is obtained by comparing the numerical results with the simulation results. The results are helpful to the optimization and design of cognitive relay networks with cochannel interference.
【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】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TN925

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本文編號(hào)：2403911