基于物理層安全的大規(guī)模多輸入多輸出中繼系統(tǒng)的資源分配算法研究.pdf

1、無線信道的廣播特性導(dǎo)致了越來越多的信息安全問題。傳統(tǒng)上，由上層的加密機(jī)制來保證無線通信的安全。但是，隨著竊聽技術(shù)的發(fā)展，加密變得越來越復(fù)雜，這給通信雙方帶來了極大的運算負(fù)擔(dān)。受信息論啟發(fā)，物理層安全機(jī)制被引入到無線通信中，其只借助于無線信道本身的隨機(jī)特性，如衰落、噪聲和干擾等，就可以實現(xiàn)安全通信。本文考慮一個大規(guī)模多輸入多輸出中繼系統(tǒng)，其中源節(jié)點在大規(guī)模多輸入多輸出中繼節(jié)點的幫助下向目的節(jié)點發(fā)送信息，而一個竊聽節(jié)點試圖攔截從中繼節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)

2、出的信息。大規(guī)模多輸入多輸出中繼技術(shù)被用來提高無線通信的安全性能。
　　首先，在具有不完全信道狀態(tài)信息的情況下，本文分析了放大轉(zhuǎn)發(fā)（AF）和解碼轉(zhuǎn)發(fā)（DF）兩種中繼協(xié)議下大規(guī)模多輸入多輸出安全中繼系統(tǒng)的安全中斷容量，并對這兩者的性能進(jìn)行了比較。進(jìn)一步，我們對這兩種中繼協(xié)議下的安全中斷容量進(jìn)行了漸近分析，得到了一些更為直觀的性能特性。
　　其次，為了最大化解碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼協(xié)議下的大規(guī)模多輸入多輸出安全中繼系統(tǒng)的安全中斷容量，本文對

3、這一安全中繼系統(tǒng)的資源進(jìn)行了優(yōu)化。第一步，以最大化安全容量為目標(biāo)，我們對中繼發(fā)射功率進(jìn)行了優(yōu)化，得到了最佳中繼發(fā)射功率的閉式表達(dá)式。進(jìn)一步，我們對源節(jié)點發(fā)射功率、中繼節(jié)點發(fā)射功率和兩跳之間的時間比例進(jìn)行了聯(lián)合優(yōu)化，給出了相應(yīng)的聯(lián)合資源分配算法。仿真結(jié)果證實了所提出的資源分配算法的有效性。
　　最后，考慮到綠色通信的要求，我們對放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼協(xié)議下的大規(guī)模多輸入多輸出安全中繼系統(tǒng)的能量效率進(jìn)行了優(yōu)化。第一步，以最大化安全能量效率為目標(biāo)