多天线协同网络安全传输技术与性能分析

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1、学校代码：10385分类号：研究生学号：1300216024密级：多天线协同网络安全传输技术与性能分析TechnologiesandPerformanceAnalysisofSecurityTransmissioninMultiple-AntennaCooperativeNetwork作者姓名：林鸿鑫指导教师：赵睿副教授实践导师：王宇高级工程师专业学位类别/领域：工程硕士/电子与通信工程研究方向：无线通信物理层安全所在学院：信息科学与工程学院论文提交日期：二零一六年三月三十日摘要近年来，随着移动互联网的快速普及，对无线通信网络的性能和服务质量要求进一

2、步提高。然而，由于计算能力的迅速提升，依赖复杂数学算法的传统加密技术也面临巨大的挑战，这类加密技术在将来可能被轻易地破解。因而，通信安全作为一项重要的服务而成为研究重点。协同中继和多天线技术作为未来无线通信网络发展的关键技术而备受关注。协同中继在提升网络的容量、信号的覆盖率和发送功率利用率方面等极具优势，但由于具有的网络节点数较多，结构较复杂，开放性较强等，也使得协同中继的传输安全性问题更加复杂。在物理层上，将多天线协作干扰技术和机会式传输技术运用在协同中继网络，可以直接利用在无线信道中存在的复杂的空间和时变特性来保障安全的信息传输。在存在窃听节点的

3、多天线协同中继网络中，本文研究了多天线信源人工噪声干扰安全传输方案、机会式中继选择安全传输方案和信源中继联合发送天线选择安全传输方案。在中继传输协议上，本文研究了固定解码转发协议和自适应解码转发协议；在信道设计上，本文研究了瑞利衰落信道和Nakagami信道；在发送方案上，本文研究了最大比发送和发送天线选择技术；接收方案上，本文采用了最大比合并技术。针对这三种方案，本文研究了遍历安全容量、正安全容量概率和安全中断概率等系统的安全性能指标，并对遍历安全容量和安全中断概率进行了渐近性能分析或最优功率分配方案设计。通过理论分析和蒙特卡洛仿真，在MATLAB

4、平台上验证了分析结果的正确性。研究结果表明：本文设计的这三种安全传输方案能够显著地改善系统安全传输性能，通过增加采用人工噪声干扰的信源的天线数、机会式中继的数目和发送天线选择节点的天线数，可以有效改善相应的性能指标；通过渐近性能分析的结果，可以直观地看出各系统参数对系统安全性能的影响；通过以推导的性能指标设计最优功率分配方案，表明本文对实际系统的设计具有十分重要的指导意义。关键词：物理层安全协作干扰机会式传输遍历安全容量安全中断概率IAbstractInrecentyears,therequirementsofperformanceandservic

5、eforthewirelesscommunicationnetworksfurtherimprovewiththerapidpopularizationofmobileinternet.However,duetorapidincreasesincomputationcapability,traditionalencryptiontechnologydependingoncomplexmathematicalalgorithmsalsofaceenormouschallenges,andsuchencryptiontechnologymaybeeasi

6、lycrackedinthefuture.Thus,securecommunicationsusingphysicallayersecuritytechnologybecomearesearchfocus.Cooperativerelayingandmulti-antennatechnologyarethekeytechnologiesforthewirelesscommunicationnetworksinthefuture.Cooperativerelayingtechnologyhasgreatadvantageintheaspectsofen

7、hancingthecapacityofthenetwork,signalcoverage,andtransmissionpowerutilization.However,thecooperativerelayingencounterscomplexissuesinsecuretransmissioninthenetwokswithmanynetworknodes,morecomplexstructure,andmorestrongopenness.Incooperativerelaynetworks,themulti-antennacooperat

8、ivejammingtechnologyandopportunistictransmissiontechno