协作通信物理层安全研究

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1、协作通信物理层安全研究PhysicalLayerSecurityofCooperativeCommunication领域：电子与通信工程作者姓名：邢娜指导教师：付晓梅副教授企业导师：贺文杰高级工程师天津大学电子信息工程学院二零一五年十二月中文摘要无线协作通信有助于增加通信系统容量，提升无线通信的物理层安全性能。而压缩感知理论可以利用信号的稀疏性或可压缩性，以较少的测量值实现信号的准确重构。本文将压缩感知理论应用于多源多中继的无线协作通信中，研究物理层安全性能。本文研究了两种中继转发策略，分别是放大转发和量化转发方式，在这两种转发策略下，将信道矩阵作为压缩感知测量矩阵的一部分，给出了两种转发

2、策略下信号在压缩感知三个阶段的变化形式。根据目的节点和窃听节点对信号重构效果来评价系统的物理层安全性能，分析了稀疏度、中继个数、窃听节点个数、信道估计失真程度以及信噪比等参数对重构性能的影响。仿真结果表明窃听节点难以重构出原始信号，而目的节点却可以根据信道矩阵重构出原始信号。本文还提出了一种构造冗余字典的方法，基于离散傅里叶变换基，研究并推导了扩展傅里叶字典、混叠傅里叶字典、冗余傅里叶字典的形式，并通过仿真分析比较了几种字典下信号的稀疏表示和重构性能。仿真结果表明了冗余傅里叶字典的性能较好。关键词：协作通信，压缩感知，物理层安全，重构误差，字典ABSTRACTWirelesscoopera

3、tivecommunicationcanincreasethecommunicationsystemcapacityandimprovethephysicallayersecurityperformance.Thecompressedsensingtheory,basedonthesparsityandcompressibilityofsignal,canreconstructthesignalwithfewermeasurements.Weanalyzedphysicallayersecurityperformanceofcooperativecommunicationandcompre

4、ssedsensingtheorywithmulti-sourcesandmulti-relaynodescommunicationsystem.Wehaveanalyzedamplify-and-forwardandquantize-and-forwardstrategies.Underthesetwostrategies,thesignalwhichchangeinthreestagesofcompressedsensinghasbeengivenout.Thechannelmatrixisapartofthemeasurementmatrixofcompressedsensing.T

5、hephysicallayersecurityperformancehasbeenevaluatedfromreconstructionperformanceatdestinationandeavesdroppers.Inaddition,theimpactsofdifferentsparsity,thenumberofrelaynodesandeavesdroppers,thedistortionofchannelestimateandsignal-to-noiseratiotosystemreconstructionperformancehavealsobeenanalyzed.The

6、simulationresultsshowthatitisverydifficultforeavesdropperstoreconstructtheoriginalsignal,whilethedestinationcanrecovertheoriginalsignalbasedonthechannelmatrix.BasedondiscreteFouriertransform,wehavealsoproposedamethodofconstructingaredundantdictionaryandderivedtheformsofextensionFourierdictionary,a

7、liasingFourierdictionaryandredundantFourierdictionary.Inaddition,thesparserepresentationofsignalandreconstructionperformanceunderdifferentdictionarieshavebeenanalyzedandcomparedbythesimulation.Thesimulationresult