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。

中继网络中基于中继节点选择的物理层安全增强方法

文中考虑了一个协作中继网络场景,其中包含一对传输节点、多个中继节点和一个窃听节点,该窃听节点会窃听由源节点和中继节点所传输的数据。为提升无线数据传输的物理层安全性能,提出了一种机会中继选择机制,从成功译码的中继集合中选择瞬时信道容量最大的中继节点用于辅助源节点进行数据传输。分别分析了所提出的机会中继选择机制和传统轮询机制的零安全容量概率,其中轮询机制用于与所提机制进行性能对比。结果表明所提机制能够比轮询机制取得更好的零安全容量概率性能。此外,所提机制的零安全容量概率随着中继节点数的增加而降低,然而轮询机制的零安全容量概率在中继数增加时保持不变,证明了机会中继选择机制在提升无线传输物理层安全性能方面的优越性。

多窃听者场景下TASP/MRC系统的物理层安全性能分析

为评估信道预测发射天线选择(TASP)/接收最大比合并(MRC)联合收发分集无线通信系统在瑞利块衰落信道条件和多窃听者场景下的物理层安全性能,针对基于最小均方误差信道预测器的TASP/MRC无线通信系统,推导其非零安全容量概率、安全中断概率以及渐近安全中断概率的精确解析表达式。在此基础上,分析窃听者数目、归一化延时、收发天线数等参数对系统物理层安全性能的影响。数值计算与仿真结果表明,在TASP/MRC系统中,减小归一化延时及窃听者数量或增加合法接收端天线数能够提高物理层安全性能,在高信噪比情况下,物理层安全分集增益等于合法接收端天线数,而与窃听者数目及其收发天线数无关。

物理层安全的存在性实验研究

物理层安全常用的衡量指标是安全容量,实际多变环境下很难一直满足信道条件制约,此时安全性用安全容量来衡量不够全面。在基于GNU Radio搭建起的软件无线电实验平台上研究了实际工程中表征物理层安全性的参数以及合法信道条件与窃听信道条件的相对关系对物理层安全存在性的影响,实验结果表明安全容量大于零的概率在实际中能较全面反映物理层安全的存在性。同时,还研究了协作拥塞对系统安全性的影响,分析结果表明协作拥塞技术是一种可突破信道条件制约的、有效的物理层安全技术。