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...     

有限反馈机会中继通信系统的中断概率性能

该文针对放大转发机会中继通信系统,研究了有限反馈条件下系统的中断概率及分集性能。在有限反馈条件下,量化误差将影响最优中继的选择进而恶化机会中继通信系统的性能。该文首先推导了有限反馈条件下机会中继系统的中断概率近似表达式,并在此基础上分析获得两个结论:在有限反馈条件下,无论备选中继数目为何,系统的分集阶数可达且只可达到2;当备选中继个数一定时,随着反馈比特数的增加,系统中断概率将趋近于选择最佳中继节点所能获得的性能。仿真结果验证了中断概率的理论表达式及其分析结论,可为有限反馈条件下的中继传输协议设计提供理论支持。     

过时信道状态信息下的机会式中继选择系统的安全性能分析

在 Nakagami m衰落信道下,目的端和窃听者采用最大比合并策略,本文研究了在机会式自适应解码转发中继选择安全协作系统中的安全性能。由于实际信道中的反馈延迟,最优的合法中继选择基于合法信道反馈的过时信道状态信息。为了评价机会式中继选择在改善安全性能上的表现,分别推导了准确的正安全容量概率和准确的安全中断概率闭合表达式。此外,针对两种不同情况, 推导了形式简单的渐近表达式,并明确给出安全分集阶数和安全阵列增益。理论分析和数值仿真表明,增加中继个数和目的节点的天线数能够改善安全中断概率的性能表现,且在信道状态信息过时的条件下,系统的安全分集阶数与中继数无关。      

多用户选择与协作干扰的安全性能分析

研究了一种多用户选择与协作干扰相结合的无线传输模型。在Nakagami-m衰落信道下，考虑到信道中的反馈延迟对信道状态信息的影响，采用合法信道的过时信道状态信息来选择目的用户。采用一般次序选择策略选择目的用户，并结合噪声干扰策略进行干扰，实现信息的安全传输。针对窃听信道两种不同信道状态信息，分别推导了中断概率和窃听概率的准确闭合表达式，并给出二者性能折中的表达式。理论分析与数值仿真表明，减小用户选择参数以及降低信道衰落参数能够有效地改善系统的可靠性与安全性折中安全性能。      

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。     

多用户调度在中继网路中的安全性能分析

无线通信系统中,多用户调度能够有效提高系统频谱的利用效率和吞吐量,从无线通信的物理层安全角度出发,分析了多用户调度在无线通信网络中安全性能,考虑了一种最坏通信场景,即窃听者不但从普通用户而且也从中继节点来窃听被传送的信息,在此基础上提出了一种有效的用户调度算法并得到理论表达式,最后通过仿真实验来分析安全中断概率和信息传输速度以及传输能量的关系,仿真结果表明:该理论表达式的正确性即理论表达式与蒙特卡罗仿真一致;改进的调度方法相对传统的多用户轮询调度方式有显著的优点,降低了通信系统的安全中断概率,有效提高了系统的通信安全。     

基于DF中继协作的车联网安全传输性能研究

5G时代的到来加快了以车路协同为核心的车联网技术的发展脚步。高效，可靠，安全的通信质量将是实现智能交通管理系统，完善智慧出行的基本要求。因此，针对存在信息窃取者的车联网中继协作传输场景，利用机会式中继选择策略与最大比合并技术设计了直接传输链路与多跳中继转发链路共存的安全传输方案，旨在提高信息传输的可靠性及安全性。同时，在获得信道概率密度函数及累积分布函数的基础上，利用全概率公式等方法推导出基于DF(Decode-Forward)中继协作传输的车联网系统安全中断概率的闭合表达式，其中涉及的信息传输信道均服从Nakagami-m分布，提高了理论推导的难度。最终的仿真实验证实了理论推导的准确性及本方案的可行性。      

无线通信网第m佳用户调度安全性能分析

针对发送端有多个用户(M)并且存在窃听者的无线通信系统的安全问题,在最优用户选择的基础上,提出选择第m佳的用户来发送信息,根据提出的模型思想进一步推出该方案下的安全中断概率表达式,最后通过仿真实验来分析安全中断概率与信道信噪比、安全传输速率以及发送端用户数目之间的关系。仿真结果表明:(1)当固定其他条件不变,主信道信噪比增加、窃听信道信噪比减少、安全传输速率变小和发送端用户增加都能使安全中断概率减小,使系统的安全性能提高;(2)仿真结果与理论分析一致,随着m的减小,安全中断概率减小,系统的安全性能变好,当选择最佳的用户时,系统的安全中断概率最小,安全性能最好;(3)提出的选择方案相对随机选择发送端的用户有显著的优点,降低了通信系统的安全中断概率,有效提高了系统的通信安全。     

MIMO解码转发双向中继系统中的传输策略与中断概率分析

在多输入多输出(MIMO)解码转发(DF)双向中继系统中,分别设计了两种信道状态信息(CSI)情况下的系统传输策略,并推导了系统中断概率的闭合表达式.当已知完全CSI时,采用(最大比发送-最大比接收)MRT-MRC技术设计波束形成和合并向量;当未知完全CSI时,设计了基于有限反馈的传输策略,并采用随机向量量化和Grassmann两种码本进行数值仿真验证.仿真结论显示,所设计的双向中继传输策略的中断概率性能明显优于其他策略,所推导的闭合表达式能准确地表征系统中断概率性能.     

基于矢量范数的一类多发射天线系统的性能分析

用矢量范数定义了一类多发射天线系统，并对各系统的中断概率性能进行了研究。分析表明，虽然各种多发射天线方法根据其接收机和发射机所获得的信道信息不同，采用不同的功率分配算法和发射编码准则，但其中断概率随信噪比的增加呈现相似的渐进性能。     

Security versus reliability analysis for multi-eavesdropper cooperation wireless networks with best relay

Physical-layer security could be used to effectively combat eavesdroppers and the transmission reliability of the main link could be improved.A wireless relay network with multiple both decode and forward eavesdroppers and relays were considered,in the presence of the link from source to destination.A best relay selection scheme based on multieavesdropper’s cooperation was proposed,and the outage probability and the intercept probability was deduced under both schemes without relay and with best relay.Then,the security and reliability influenced by different relay selection schemes were analyzed.The simulation results show that the achievable channel capacity at the destination node and the system outage probability are directly affected by different relay selection scheme.Lower system outage probability can be achieved by the proposed scheme,and the system outage probability and intercept probability are both decreased with the increase of the number of relays.The intercept probability increases with the increase of the number of eavesdroppers,which,however,can be reduced by increasing the number of relays to ensure the main link’s reliable transmission.     

基于STBC的无线认知NOMA系统物理层安全性能研究

基于非正交多址接入（NOMA,Non-Orthogonal Multiple Access）的认知无线电（CR,Cognitive Radio）网络物理层传输面临主用户干扰和第三方窃听双重干扰威胁.本文提出利用空时编码（STBC,Space Time Block Coding）技术提高认知用户物理层安全性能,推导了任意认知用户的安全中断概率闭合表达式.通过蒙特卡洛仿真进行验证,结果表明,所提STBC-CR-NOMA相比未采用STBC编码方案的CR-NOMA可以明显提高用户的安全中断概率,且随着认知发射功率的增大,近端用户安全中断性能提高越大,而远端用户安全中断性能提升受认知基站发射功率的影响较小.仿真结果还表明,通过调整功率分配系数对远端用户和近端用户的安全中断性能影响不同.     

基于解码转发CR-NOMA协同系统物理层安全性能分析

分析了认知无线电（Cognitive Radio,CR）非正交多址（Non-orthogonal Multiple Access,NOMA）网络中的物理层安全性能。考虑到现有窃听者,支持NOMA的CR通过Nakagami-m信道以解码转发协作模式传输数据。为了分析CR-NOMA物理层安全性能,通过连接中断概率和安全中断概率的闭式表达式来评估CR-NOMA的安全性能。此外,通过蒙特卡罗模拟仿真以验证推导出的分析结果,并深入分析了参数对系统性能的影响。     

Physical layer security for dual‐hop FSO/RF system using generalized ΓΓ/η−μ fading channels

We investigate the physical layer security of decode‐and‐forward–relayed free space optics (FSO)/radio frequency (RF) communication system. In this network, the eavesdropper exists after relay node and overhears RF transmission. Further, FSO being a line‐of‐sight transmission is assumed to be secure from eavesdroppers. Here, we have the Gamma‐Gamma (ΓΓ) distribution for FSO link and generalized η?μ distribution for RF link. The security for information transmission to the legitimate user in the presence of an eavesdropper is measured in terms of secrecy capacity and secrecy outage probability. Deriving the probability density function and cumulative distribution function of end‐to‐end signal‐to‐noise ratio, the closed‐form expressions for security parameters are achieved. The numerical analysis of the proposed system is done under the influence of atmospheric turbulence effects and various fading conditions. The results have been verified through simulation.     

Exploiting secure performance in power domain–based multiple access: Impacts of relay link/direct link and secure analysis

A new design of secure nonorthogonal multiple access (NOMA) deployed together with cooperative relaying network is investigated in two modes including direct link and relay link. This paper proposes a mathematical analysis under secrecy considerations of a downlink two‐user NOMA systems. In particular, physical layer security of NOMA is studied in two specific metrics to achieve secure performance analysis such as the secrecy outage probability (SOP) and probability of strictly positive secrecy capacity (SPSC). It should be further explored the situation as the illegal user which is assumed to be eavesdropper at the information level, it attempts to decode the information intended to legal users while NOMA scheme is employed for legal users. The transmission techniques of NOMA equipping relaying architecture (dual‐hop transmission) have proposed due to improving the spectrum efficiency greatly compared with the traditional single‐hop networks. Finally, this study shows the advantages of NOMA over the traditional orthogonal multiple access in the studied problems analytically and numerical analysis is further provided. As important achievement, new exact and closed‐form expressions of the SOP and SPSC are derived, and they will be confirmed by simulation, ie, Monte Carlo simulations are performed to verify the proposed analytical results. Ultimately, the effects of some critical factors are studied on secure performance through these simulation results.     

过时CSI下全双工中继辅助D2D网络的物理层安全

中继辅助终端直通（devicetodevice,D2D）网络通过与蜂窝网络共享频谱提高D2D用户的频谱效率和蜂窝用户（cellular user,CU）的物理层安全性。为进一步改善其性能,可以在基站和D2D链路的中继节点采用天线选择以及在中继节点采用全双工技术。然而,由于存在反馈时延和移动性,用于蜂窝链路和所有D2D链路天线选择的信道状态信息（channelstateinformation,CSI）均可能是过时的,针对该场景下的物理层安全性和可靠性问题,提出一种主动窃听和过时CSI场景下基站和中继节点均采用发射天线选择的全双工中继辅助D2D网络安全模型,推导CU的中断概率、遍历容量、非零安全容量概率、安全中断概率、渐近安全中断概率的解析表达式。数值计算与仿真结果均表明,基站发射天线数、中继干扰天线数越多,CU的安全性能越好;过时的CSI会降低CU的中断性能和安全性能。     

基于过时信道状态信息的机会协作性能研究

机会中继是协作通信系统中提高频谱效率和节省功率消耗的常用方法.在通信过程中,信道估计时刻和实际中继传输信息时刻存在一定的延时,其产生的过时信道状态信息（Outdated CSI）会严重地影响协作通信系统的性能.分别从考虑直传链路和不考虑直传链路两方面,分析了过时信道状态信息对机会协作分集系统中断概率的影响.仿真结果表明,系统性能随着相关系数ρ的减小而变差,并且随着中继节点数目的增加而提高.     

Secure opportunistic access control in D2D-enabled cellular network

The mutual interference between cellular links and D2D links can bring the secrecy gain to cellular users in D2D-enable cellular networks.To make full use of them,a cooperative secrecy transmission scheme was proposed based on wireless channels.The channel direction information and gains depict the interference from D2D links to cellular links and other D2D links in the proposed scheme.Firstly,only the D2D users which meet the limited interference conditions were accessed to cellular networks to ensure their reliable communications.It was assumed that legitimate users and eavesdroppers were independent two-dimensional homogeneous Poisson point processes (PPP) distribution.Then the security outage probability (SOP) was derived for cellular users and the connection outage probability (COP) for D2D users,and the impacts of interference thresholds were discussed on their performances.Next,an optimization model was given to minimize D2D users’ COP while ensuring the secrecy performance requirements of cellular users,thus achieving the optimal performance.Finally,simulation results verify the validity of the proposed scheme.     

邻频干扰对跳频系统中断概率的影响

在已知台站布置的跳频系统中,针对邻频干扰对系统中断概率的影响,分析了接收端信干噪比（SINR）的分布函数,得到了以信道参数、干扰台站数和可用频点数为变量的中断概率公式。理论计算和仿真结果表明,信道参数、干扰台站数是影响中断概率的主要因素,可用频点数与中断概率有类反比的关系。该结果为跳频系统的性能分析和台站布置提供了指导。     

相关衰落信道上WCDMA系统的安全性能分析

对多输入多输出（MIMO）相关衰落信道上宽带码分多址接入（WCDMA）的安全性能进行评估,一种省时高效的解决方案是理论分析法。推导了相关 Nakagami 衰落信道上采用空时分组码和二维瑞克接收机（2D-Rake）的 WCDMA 系统的非零安全容量概率和安全中断概率的精确解析表达式。利用上述表达式,可以快速地评估收发天线数、天线相关系数、Nakagami衰落系数、平均路径衰减系数等参数对WCDMA系统安全性能造成的影响。数值计算和仿真结果相吻合,证明了以上理论分析的正确性。推导了WCDMA系统渐近安全中断概率的解析表达式。结果表明,WCDMA 系统的安全分集增益为主信道各个可分离路径上的分集增益之和,与窃听信道无关;对于恒定多径强度轮廓的同分布Nakagami衰落信道,WCDMA系统的安全分集增益为主信道的收/发天线数、多径个数以及Nakagami衰落系数四者之积。