發(fā)布時間：2018-03-31 03:30

  本文選題：認知中繼網(wǎng)絡　切入點：物理層安全　出處：《江蘇大學》2017年碩士論文

【摘要】：急劇增長的移動業(yè)務需求促使著高速、可靠、安全的無線通信技術不斷進步,而頻譜資源稀缺、利用率低及無線鏈路低可靠、易竊聽等問題卻束縛著其發(fā)展。結合認知無線電與協(xié)作通信的認知中繼網(wǎng)絡(Cognitive Relay Networks,CRN),在獲得更多分集增益的同時提高無線電頻譜資源的利用率,是近些年通信領域的熱門研究之一。而通信規(guī)模的擴大也帶來了更加嚴峻的安全威脅,計算能力的增長正逐漸放大當前基于加密理論的安全機制的缺陷,一種基于信息論的絕對安全技術——物理層安全(PHY-Security)技術引起廣大研究人員的興趣。本論文研究了物理層安全技術在CRN中的應用,不同于通常以安全容量、安全中斷概率、安全誤碼率等作為安全性能度量,本文從信噪比/信號與干擾加噪聲比(SINR)角度進行分析。這里以實現(xiàn)信息的安全傳輸及不影響主用戶通信質(zhì)量為前提,次用戶中繼簇對接收的信號進行波束成形加權,同時混淆發(fā)送一定空間形式的人工噪聲。主要工作可概括為以下兩部分:1.針對采用放大轉(zhuǎn)發(fā)(AF)策略的CRN模型,考慮實際場景中次用戶中繼簇存在低負載與高負載兩種情形,分別提出對應的優(yōu)化目標:低負載情形,意味著中繼簇可以提供足夠多的總發(fā)射功率,這里以最大次接收節(jié)點的SINR為目標;而高負載時,目標是在滿足接收節(jié)點SINR的最低需求下,盡可能少的使用系統(tǒng)的發(fā)射功率。對所描述的功率分配問題都通過半定松弛(SDR)技術轉(zhuǎn)換成一個等價的凸問題后求解,并對高負載情形下通過二分搜索法進一步優(yōu)化性能。借助CVX工具包仿真驗證了推導出的方案,中繼簇無論處于何種負載,系統(tǒng)性能都得到顯著改善;此外,通過復雜度分析表明方案均可在多項式時間求解,以及通過分析KKT條件證明了半定松弛的正確性。2.針對綠色通信背景下的CRN,引入同時同頻全雙工中繼技術,提出一種實現(xiàn)高能量效率的安全傳輸方法。在考慮了自干擾消除率、中繼轉(zhuǎn)發(fā)平性基礎上,去獲取更多的系統(tǒng)能量效率和。分別考慮兩種中繼節(jié)點選擇的轉(zhuǎn)發(fā)策略:放大轉(zhuǎn)發(fā)與譯碼轉(zhuǎn)發(fā)(DF),次用戶中繼簇使用協(xié)作波束成形與人工噪聲技術轉(zhuǎn)發(fā),通過結合SDR的爬山算法進行優(yōu)化求解。最后,仿真結果與分析表明系統(tǒng)能量效率和都得到有效的提升;而且相對于DF,選擇AF的情形能夠獲取明顯更高的性能。
[Abstract]:The rapidly growing demand for mobile services has led to rapid, reliable and secure wireless communication technologies, while spectrum resources are scarce, utilization is low, and wireless links are low reliability. The cognitive relay network, Cognitive Relay Networks, combines cognitive radio and cooperative communication to gain more diversity gains and improve the utilization of radio spectrum resources. It is one of the hot research in the field of communication in recent years, and the expansion of communication scale also brings more serious security threat, and the increase of computing power is gradually magnifying the defects of the current security mechanism based on encryption theory. A kind of absolute security technology based on information theory-PHY-SecurityTechnology has aroused the interest of many researchers. This paper studies the application of physical layer security technology in CRN, which is different from the usual security capacity and security interrupt probability. As a measure of security performance, the security error rate is analyzed from the angle of SNR / signal-to-interference / noise ratio. The premise is to realize the secure transmission of information without affecting the communication quality of the primary user. The secondary user relay cluster weighted the received signal by beamforming and confused and sent a certain spatial form of artificial noise. The main work can be summarized as the following two parts: 1. Aiming at the CRN model based on the amplification and forwarding (AFA) strategy, the main work can be summarized as follows: 1. Considering the low load and high load of secondary user relay cluster in the actual scenario, the corresponding optimization objectives are proposed: low load situation, which means that the relay cluster can provide enough total transmit power. The target here is the SINR of the maximum secondary receiving node; in high load, the target is to meet the minimum requirements of the receiving node SINR, Using the transmission power of the system as little as possible. For the described power allocation problems are converted into an equivalent convex problem by using the semidefinite relaxation SDR technique. With the help of the simulation of CVX Toolkit, the system performance of the relay cluster is improved significantly, regardless of the load, and the system performance is optimized by the binary search method in the case of high load, in addition, the proposed scheme is verified by the simulation of the CVX Toolkit, and the system performance is improved significantly. The complexity analysis shows that the scheme can be solved in polynomial time, and the correctness of semidefinite relaxation is proved by analyzing the KKT condition. A secure transmission method with high energy efficiency is proposed. To obtain more system energy efficiency and. To consider two relay node selection forwarding strategies: amplifying forwarding and decoding forwarding DFS, secondary user relay clusters using cooperative beamforming and artificial noise forwarding, Finally, the simulation results and analysis show that the energy efficiency and energy efficiency of the system are improved effectively, and the performance of AF can be significantly higher than that of SDR.
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN925

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本文編號：1688965