基于有限反馈的非可信中继系统的物理层安全性能分析

在基于有限反馈获得部分信道状态信息的条件下,研究了放大转发非可信中继系统的物理层安全传输技术.通过目的节点发送人工噪声干扰信息,使系统获得了正安全容量.推导了安全中断概率和传输中断概率的闭合表达式,分析了反馈比特数对系统安全性和可靠性的影响,进而提出了能同时兼顾系统安全性和可靠性的最优反馈比特数的自适应选择方案.     

全双工窃听者主动干扰的协作NOMA网络性能分析

研究了瑞利衰落信道下协作非正交多址系统的安全性能。通信过程由一个时隙构成,源节点向中继广播叠加信号,全双工中继使用串行干扰消除技术解码信号协助用户通信。假设存在潜在全双工主动窃听者,窃听者能够从中继处截获信息并同时向用户发送人工噪声进行干扰。基于上述假设,在高信噪比条件下,推导了安全中断概率的近似表达式,分析了各节点传输信噪比与功率分配因子对系统中断概率的影响,分析结果与蒙特卡洛仿真结果吻合。     

时间反演系统中抗多窃听者的物理层安全吞吐量优化方案

针对时间反演系统中多个窃听者随机分布的物理层安全传输问题,提出一种安全吞吐量优化方案,该方案基于人工噪声辅助时间反演的多输入单输出(MISO)传输.首先,利用随机几何理论推导连接中断概率和安全中断概率的闭合表达式分别表征系统的可靠性和安全性;然后,综合考虑系统的可靠性和安全性,提出最大化安全吞吐量的优化方案;最后,仿真...     

基于网络编码的双向多中继系统中断概率分析

网络编码在双向多中继系统中已经得到了广泛地研究,并有效地提高了双向多中继系统的吞吐量。首先本文导出了在译码转发方式时,独立正交信道和多接入信道下基于网络编码的双向多中继系统平均中断概率表达式。Monte Carlo仿真和理论分析非常吻合,验证了理论分析的正确性。之后分析了系统平均中断性能在不同信噪比和不同中继节点个数等多种情形下与功率分配因子的关系,揭示了功率分配因子与系统总功率和中继节点数量之间的内在关系。仿真结果表明,双向多中继系统采用网络编码进行传输时,在独立正交信道下和多接入信道下的功率分配因子取值在区间 内能够获得最优的系统中断概率性能,并且多接入信道下的系统中断性能要好于独立正交信道。      

基于中断概率的协作通信中继选择与功率分配算法

研究了功率受限情况下多中继协作通信网络的中继选择和功率优化问题。在AF网络中,提出了一种低复杂度中继选择与功率分配算法,其目标是在总功率一定的条件下使系统的中断概率最小。本算法对源节点和所有潜在中继节点进行功率分配,结合当前信噪比选择最优的中继集合,通过最速下降法求出使系统中断概率最低的功率分配因子。该算法不需要知道大量瞬时信道信息、不需要系统在等功率条件下进行中继选择,只需求得中继节点排列矩阵便可根据当前信噪比自适应获得最优中继节点集合。仿真结果表明,在相同条件下,该算法明显优于不同中继节点集合下几种算法的中断性能,并且与传统的SAF及AAF算法相比,有效降低了中断概率,提升了系统性能和功率效率。     

基于比例速率保证的信道误差OFDMA中继系统资源分配

针对存在有信道估计误差的正交频分多址( OFDMA)中继系统,在考虑用户传输中断概率的同时,提出了满足不同用户最小服务质量( QoS)需求和比例公平性约束条件下的中继选择、子载波分配和功率分配的联合优化问题,建立了以最大化系统总容量为目标的优化模型。在此基础上以速率最大化为目标进行最佳中继选择,并通过动态子载波分配来满足用户的最小QoS需求和比例公平性,最后采用拉格朗日乘子法来得到最优功率分配方案。仿真结果表明,此算法在降低用户中断概率的同时,提高了系统吞吐量并保证了用户速率的比例公平性。     

最佳中继协作通信系统的功率分配算法

 为提高基于最佳中继选择的协作通信系统的性能,提出了以最小化系统中断概率为目标的功率分配算法.首先建立了系统的优化模型并证明了待解的优化问题实质是凸优化问题,由此提出了最优功率分配算法并给出了算法步骤.其次,在此基础上提出了一种有效的次最优功率分配算法,该算法计算简单且仅需已知各个中继节点的平均信道状态信息,无需在传输中实时更新,因而不增加系统的额外开销.仿真结果表明,本文提出的最优算法和次最优算法所得到的功率分配方案与穷举搜索方法的结果非常接近;与等功率分配方案相比,这两种算法均能显著提高系统的中断概率性能.     

异构携能通信网络中基于人工噪声辅助的鲁棒安全传输方案

异构携能通信网络中信道状态信息不准确时,为保证信息、能量传输的安全性与可靠性,该文提出一种基于人工噪声辅助的鲁棒安全传输方案。通过联合设计宏基站、微基站的下行信息波束及人工噪声矩阵,干扰窃听者,同时提升系统能量接收性能。在基站的发送功率约束、合法用户的信息接收及能量接收中断约束和窃听者的窃听信息中断约束下,以最大化系统能量接收性能为目标进行建模。针对该问题的非凸性,首先将其等效转化为一种易于处理的形式;而后进一步利用Berstein-type不等式处理其中的中断概率约束,将其转化为凸的问题进行求解。仿真结果验证了该方案的安全性和鲁棒性。

     

双向中继信道的模拟网络编码最优功率分配

在双向信息非对称条件下,研究了基于模拟网络编码的双向中继信道中的最优功率分配问题。分别给出了中断概率最小化、和速率最大化意义下的最优功率分配闭式数学表达式,并证明了两种约束下最优功率分配问题的统一性。分析表明:现有的基于模拟网络编码的双向中继信道中的最优功率分配方法是本文提出方法在某些条件下的特例。计算机仿真分析证明了提出的最优功率分配方法在中断概率和和速率性能方面均优于平均功率分配方法。      

双向协作系统的中继选择和功率分配策略

针对瑞利衰落信道下双向多中继协作通信系统,为了降低中断概率,提出了一种基于最小化中断概率的中继选择策略和功率分配方案。首先联合考虑两条链路的中继节点处信噪比和信道增益实现双链路中继选择,然后推导出一种新的最优中继下双向放大转发协作中断概率的近似表达式上界,并利用凸优化求解得到使中断概率最小的最优功率分配解。仿真结果表明,与现有策略相比,提出的策略能够明显降低系统中断概率和误码率,显著提高系统性能。     

基于安全保护域的增强型多点协作传输机制

现有针对异构蜂窝网多点协作安全传输的研究集中于增强主信道质量以提升安全性,然而多基站协作又使基站和窃听者之间的平均距离变近,网络的安全性受限于距离协作基站较近的窃听者。针对该问题,该文提出一种基于安全保护域的增强型多点协作传输机制。然后,理论分析了用户的连接中断概率、安全中断概率以及安全吞吐量。进一步,以最大化安全吞吐量为目标,优化协作微基站的发射功率以及有用信息功率分配比例系数。仿真结果表明,相比于传统的多点协作安全传输机制,在存在严重安全威胁(窃听者密度较大)的场景下,所提机制可以实现非零系统安全吞吐量;在存在较小安全威胁(窃听者密度较小)的场景下,系统安全吞吐量最大可提升76.1%。     

Cooperative Privacy Provisioning for Energy Harvesting Based Cognitive Multi-Relay Networks

In order to provide privacy provisioning for the secondary information,we propose an energy harvesting based secure transmission scheme for the cognitive multi-relay networks.In the proposed scheme,two secondary relays harvest energy to power the secondary transmitter and assist the secondary secure transmission without interfere the secondary transmission.Specifically,the proposed secure transmission policy is implemented into two phases.In the first phase,the secondary transmitter transmits the secrecy information and jamming signal through the power split method.After harvesting energy from a fraction of received radio-frequency signals,one secondary relay adopts the amplify-and-forward relay protocol to assist the secondary secure transmission and the other secondary relay just forwards the new designed jamming signal to protect the secondary privacy information and degrade the jamming interference at the secondary receiver.For the proposed scheme,we first analyze the average secrecy rate,the secondary secrecy outage probability,and the ergodic secrecy rate,and derive their closed-form expressions.Following the above results,we optimally allocate the transmission power such that the secrecy rate is maximized under the secrecy outage probability constraint.For the optimization problem,an AI based simulated annealing algorithm is proposed to allocate the transmit power.Numerical results are presented to validate the performance analytical results and show the performance superiority of the proposed scheme in terms of the average secrecy rate.     

基于安全中断概率的D2D安全接入策略

针对D2D蜂窝系统通信安全性受资源限制的问题,考虑到蜂窝链路和D2D链路的同频干扰能够为两者带来安全增益,基于此,提出一种基于安全中断概率的D2D用户接入策略。首先理论分析了蜂窝用户和D2D用户的安全中断概率,并给出了基于安全中断概率最小化的D2D用户功率优化算法。在上述分析的基础上,选择安全中断概率最小的D2D用户接入复用蜂窝用户的无线资源,同时提高D2D通信链路和蜂窝上行链路的安全性。最后,仿真结果证明了所提算法的有效性。     

Secrecy performance analysis on cooperative CR-NOMA network

In order to improve the secrecy performance of communication system and make efficient use of limited spectrum,overlay cognitive radio (OCR) technology was combined with non-orthogonal multiple access (NOMA) technology and the communication model was proposed,in which secondary network realized dynamic switching between assisting primary network communication and secondary network communication by sensing whether the primary user occupied the spectrum or not.Artificial noise (AN) aided technology was used in primary and secondary networks respectively to further improve the secrecy performance of the system.The secrecy performance of the system was studied by deducing the expressions of the primary and secondary network secrecy outage probability and secrecy throughput respectively.The simulation results show that the proposed cognitive cooperative NOMA communication scheme is beneficial in reducing secrecy outage probability and increasing secrecy throughput.Furthermore,the influence of AN power allocation factor on system performance is given.     

多跳协同中继网络下物理层安全传输方案

针对多跳中继传输系统的信息安全传输问题,提出了一种基于全双工模式下多节点协作干扰(FD-MCJ)的物理层安全传输方案.该方案利用通信网络中的中继节点发送干扰信号恶化窃听节点的接收性能,同时中继节点根据信道状态信息(Channel State Information,CSI)自适应的选择两种情况下的安全传输方案.本文首先...     

一种针对基于人工噪声的MU-MISOME保密通信系统的全新优化方案（英文）

This study investigates artificial noise aided Multiuser Multiple-Input Single-Output(MU-MISO) broadcast wiretap system designs in slow fading channel environment. We adopt a beamforming technique with artificial noise to achieve secure multiuser communication and optimize system performance. To overcome the complexity of this model, a novel optimization scheme using semiclosed-form expressions and Monte Carlo method is employed to derive the relationship between transmission parameters and secu...     

射频能量采集非可信中继网络中物理层安全传输

射频能量采集技术为能量受限无线通信系统提供了一种有效的能量供给方式.假设能量受限中继节点具有射频能量采集能力,本文设计了中继非可信情况下的物理层安全传输方案,配置多天线的源节点采用发送天线选择策略来增强中继节点的能量采集性能,目的节点发送人工干扰来抑制非可信中继对保密信息的窃听.在瑞利块衰落信道条件下研究了所提方案的物理层安全性能,推导了系统安全中断概率、连接中断概率和安全吞吐量的闭式表达式.计算机仿真验证了理论推导的正确性,揭示了各系统参数对物理层安全性能的影响关系.     

Analysis of secrecy outage performance for full duplex NOMA relay systems with appearance of multiple eavesdroppers

Full-duplex (FD) relay systems including a transmit antenna selection and a non-orthogonal multiple access (NOMA) methods are analyzed under presence of multiple eavesdroppers. A channel state information of both the considered system and eavesdroppers is assumed to be outdated and eavesdroppers eavesdrop information signals independently. A closed-form of secure outage probability (SOP), secrecy throughput of every user is derived to evaluate the secrecy performance, and the mathematical analysis approach is verified by the Monte-Carlo simulation. Furthermore, the Golden-Section Search algorithm is proposed to find the maximum of the secrecy throughput of the considered FD-NOMA system. Numerical results indicate that there exists the SOP floor in the considered system and it is constrained by the channel gain of near user. Moreover, there is the optimal signal to interference plus noise ratio value which minimizes the SOP of the system regardless of the number of eavesdroppers. In comparison with half-duplex NOMA model, the SOP of FD-NOMA model is better.

     

AN-aided full-duplex secure transmissions under imperfect self-interference cancellation

This paper considers a full-duplex (FD) secure transmission scheme with aid of the artificial noise deployed at both transmitter and receiver under imperfect self-interference cancellation. The expressions of secrecy and connection outage probabilities are derived, and hence, the secrecy throughput of the proposed scheme is evaluated. The results show that the performance of the proposed FD scheme outperforms that of conventional half-duplex and FD receiver schemes in terms of the secrecy outage probability. In addition, the proposed FD scheme can achieve high secrecy throughput under various locations of the eavesdropper. Especially when the eavesdropper is located close to the transmitter, the secrecy throughput of the proposed FD scheme is nearly double that of the half-duplex scheme with artificial noise injection while that of the scheme with FD jamming receiver goes to zero.     

非理想信道状态信息下RIS辅助的安全通信

利用可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface, RIS)辅助无线发射机,可提高多用户无线网络的安全传输能力。在非理想信道状态信息(Channel State Information, CSI)下提出了鲁棒波束形成优化方法来提高系统对抗干扰和窃听攻击的能力。具体地,使用RIS辅助发射机,对RIS的相位波束形成和基站的传输功率进行联合优化,在分别满足有界CSI的最坏情况速率约束和统计CSI的速率中断概率约束来最小化系统的总传输功率。由于存在CSI误差,针对有界CSI和统计CSI误差约束,分别利用S-procedure来松弛保密速率约束和大偏差不等式(Large Deviation Inequality, LDI)来松弛保密速率中断概率约束。仿真结果表明,相比于无源反射法和传统波束形成方案,该方法可分别降低约88%和93%总传输功率,同时提高约15 dBm和12 dBm的干扰容限。