本文關(guān)鍵詞：多天線選擇系統(tǒng)保密中斷概率研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：安全是第五代(5G)移動通信系統(tǒng)關(guān)注的重點(diǎn)之一,基于信息論的物理層安全已成為未來無線網(wǎng)絡(luò)安全傳輸研究的新熱點(diǎn)。其中,多天線通過利用無線信道的空域資源,可顯著提升無線傳輸?shù)谋Ｃ苄�。針對多天線選擇系統(tǒng)的保密性能分析問題,本文以保密中斷概率及相關(guān)特性為指標(biāo),研究信道估計(jì)誤差、接收切換檢測、信道質(zhì)量不等對系統(tǒng)保密性能的影響,并探索考慮安全因素下的天線選擇機(jī)制。論文的主要工作如下：1.基于誤差估計(jì)合并的保密中斷概率分析針對信道估計(jì)的誤差直接影響系統(tǒng)保密性能,分析主信道與竊聽信道的統(tǒng)計(jì)特性,推導(dǎo)以信道估計(jì)相關(guān)系數(shù)為測度的保密中斷概率；利用鞍點(diǎn)逼近法,推導(dǎo)輸出信噪比的累積分布函數(shù),并計(jì)算漸近中斷概率。仿真表明,在天線總數(shù)固定條件下,依據(jù)主信道估計(jì)誤差配置收發(fā)天線可實(shí)現(xiàn)比SIMO系統(tǒng)的保密中斷概率降低30%。2.接收端采用切換檢測合并的保密性能提升針對特定場景下合法接收端復(fù)雜度受限,研究發(fā)送天線選擇聯(lián)合接收天線切換檢測,推導(dǎo)系統(tǒng)保密中斷概率及其漸近解,獲得分集階數(shù)為NA(發(fā)送天線數(shù))；基于保密中斷概率閉式設(shè)定切換檢測的閾值,推導(dǎo)新的漸近中斷概率,即使竊聽者使用效果更好的接收合并策略,仍可達(dá)到NANB(收發(fā)天線數(shù)乘積)的滿分集階數(shù)。3.基于安全考量的天線選擇機(jī)制針對竊聽信道對天線選擇的影響,利用竊聽者的部分信道特征,推導(dǎo)分布式天線系統(tǒng)中聯(lián)合主信道與竊聽信道反饋信息的天線選擇保密中斷概率；研究基于發(fā)送信息比特的天線選擇機(jī)制,通過對空間比特和調(diào)制比特的映射調(diào)整,推導(dǎo)以主信道和竊聽信道質(zhì)量為門限的中斷概率閉式解及漸近解。4.多用戶與竊聽者共存下聯(lián)合天線和用戶的選擇機(jī)制針對竊聽者為內(nèi)部用戶的虛擬天線選擇系統(tǒng),推導(dǎo)若干竊聽用戶數(shù)下的信噪比聯(lián)合概率密度函數(shù),獲得相應(yīng)的保密中斷概率閉式；針對竊聽者為外部用戶的虛擬天線選擇系統(tǒng),計(jì)算各用戶信道條件不等下的保密中斷概率及其漸近解；利用高斯逼近進(jìn)行推導(dǎo),相比傳統(tǒng)的數(shù)值求根法,實(shí)現(xiàn)了對系統(tǒng)ε-中斷概率保密容量的理論逼近,誤差程度小于5%。本文從上述四個(gè)方面,以保密中斷概率及相關(guān)特性為指標(biāo),對多天線選擇系統(tǒng)的物理層安全性能進(jìn)行研究分析,并對特定場景下新的天線選擇方案進(jìn)行探索研究。目前,天線選擇作為未來無線協(xié)作物理層安全技術(shù)之一,已被納入5G“863”相關(guān)項(xiàng)目的研究之中。
【關(guān)鍵詞】：物理層安全 天線選擇 中斷概率 次序統(tǒng)計(jì) 多用戶分集
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN915.08;TN929.5
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 緒論13-23
• 1.1 研究背景13-19
• 1.1.1 無線安全面臨的挑戰(zhàn)13-14
• 1.1.2 物理層安全與中斷概率14-15
• 1.1.3 天線選擇與次序統(tǒng)計(jì)15-18
• 1.1.4 存在的問題18-19
• 1.1.5 論文課題來源19
• 1.2 論文主要內(nèi)容與創(chuàng)新19-21
• 1.3 論文組織結(jié)構(gòu)21-23
• 第二章 接收端信道估計(jì)誤差下的保密性能分析23-41
• 2.1 本章概述23-24
• 2.2 TAS/MRC竊聽系統(tǒng)模型24-27
• 2.2.1 主信道與竊聽信道估計(jì)誤差建模24-25
• 2.2.2 估計(jì)誤差影響下的信道特性25-27
• 2.3 保密中斷概率理論推導(dǎo)27-30
• 2.3.1 主信道/竊聽信道估計(jì)不完備場景分析27-29
• 2.3.2 特殊場景分析29-30
• 2.4 保密中斷概率漸近性分析30-35
• 2.4.1 鞍點(diǎn)逼近相關(guān)公式30-31
• 2.4.2 統(tǒng)計(jì)特性與漸近中斷概率推導(dǎo)31-35
• 2.5 TAS/MRC竊聽系統(tǒng)保密中斷概率性能評估35-38
• 2.6 本章小結(jié)38-41
• 第三章 合法接收端切換檢測保密中斷概率分析41-61
• 3.1 本章概述41-42
• 3.2 TAS/SEC竊聽系統(tǒng)模型42-45
• 3.2.1 切換檢測合并機(jī)制42-44
• 3.2.2 信噪比分段統(tǒng)計(jì)特性44-45
• 3.3 竊聽者切換檢測合并場景45-51
• 3.3.1 新分界點(diǎn)下保密中斷概率理論推導(dǎo)45-48
• 3.3.2 多階微分合并分析48-51
• 3.4 竊聽者最大比合并場景51-56
• 3.4.1 保密中斷概率推導(dǎo)51-53
• 3.4.2 切換閾值固定下的分集階數(shù)與增益53-55
• 3.4.3 切換閾值優(yōu)化下的分集階數(shù)與增益55-56
• 3.5 TAS/SEC竊聽系統(tǒng)保密中斷概率性能評估56-60
• 3.6 本章小結(jié)60-61
• 第四章 保密分布式發(fā)送天線選擇機(jī)制61-81
• 4.1 本章概述61-62
• 4.2 分布式TAS/MRC竊聽系統(tǒng)模型62-64
• 4.2.1 分布式天線選擇竊聽系統(tǒng)62-63
• 4.2.2 信道平均信噪比不等對統(tǒng)計(jì)特性影響63-64
• 4.3 僅考慮主信道狀況的天線選擇64-69
• 4.3.1 新的中斷概率計(jì)算方法65-68
• 4.3.2 主信道增強(qiáng)下的中斷概率漸近性分析68-69
• 4.4 改進(jìn)的聯(lián)合考慮主信道和竊聽信道狀況的天線選擇69-74
• 4.4.1 接收者兩個(gè)天線索引反饋場景69-73
• 4.4.2 接收者多個(gè)天線索引反饋場景73-74
• 4.5 分布式TAS/MRC竊聽系統(tǒng)性能評估74-79
• 4.6 本章小結(jié)79-81
• 第五章 基于雙重門限中斷概率的天線選擇機(jī)制81-95
• 5.1 本章概述81-83
• 5.2 基于信噪比的天線選擇83-85
• 5.2.1 基于信噪比天線選擇的中斷概率推導(dǎo)83-84
• 5.2.2 基于信噪比天線選擇的漸近中斷概率分析84-85
• 5.3 基于信息比特的天線選擇85-91
• 5.3.1 重排天線索引映射的方案改進(jìn)85-87
• 5.3.2 基于信息比特天線選擇的中斷概率推導(dǎo)87-88
• 5.3.3 基于信息比特天線選擇的漸近中斷概率分析88-91
• 5.4 基于雙重門限中斷概率的天線選擇系統(tǒng)性能評估91-94
• 5.5 本章小結(jié)94-95
• 第六章 多用戶場景下的天線選擇保密中斷概率分析95-115
• 6.1 本章概述95-96
• 6.2 多用戶竊聽系統(tǒng)模型96
• 6.3 若干數(shù)量竊聽用戶系統(tǒng)保密性能分析96-101
• 6.3.1 新的聯(lián)合信噪比概率密度函數(shù)推導(dǎo)97-99
• 6.3.2 內(nèi)部竊聽下的系統(tǒng)保密中斷概率99-100
• 6.3.3 竊聽者處于系統(tǒng)內(nèi)部的保密性能評估100-101
• 6.4 竊聽者處于系統(tǒng)外部保密性能分析101-113
• 6.4.1 基于絕對/相對信噪比的用戶選擇101-102
• 6.4.2 外部竊聽下的系統(tǒng)保密中斷概率102-106
• 6.4.3 用戶選擇方案的漸近性分析106-107
• 6.4.4 高斯逼近ε-中斷概率保密容量107-108
• 6.4.5 竊聽者處于系統(tǒng)外部的保密性能評估108-113
• 6.5 本章小結(jié)113-115
• 第七章 結(jié)束語115-119
• 7.1 論文總結(jié)115-116
• 7.2 研究展望116-119
• 參考文獻(xiàn)119-135
• 縮略語135-137
• 致謝137-139
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄139

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本文編號：322466