基于窃听信道模型的保密传输设计与性能分析

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无线通信系统具有开放性,随着通信业务逐渐丰富,信息安全事故频繁发生。计算机性能在不断提升,导致依赖于计算量和复杂度的上层安全措施越来越不可靠。于是,近年来物理层安全成为一个研究热点,其本质思想是利用无线信道的特性设计编码方案,使窃听者无法获取物理层信息。MIMO技术被引入以增强物理层安全,以往关于保密性能的分析中,通常假设天线对之间的子信道相互独立,这个前提条件不符合实际应用情况。此外,在发送端,传统的最优TAS方案在服务多用户方面存在不足,并且天线利用率较低。本文基于窃听信道模型,研究了传输系统的保密性能,工作如下:1.介绍了窃听信道模型,阐述了物理层安全的研究现状。介绍了MIMO技术,解释了天线相关性的成因。讲述了利用特征函数法得到接收信噪比的统计分布。2.设计了SIMO保密传输系统,假设信道衰落服从Nakagami-m分布,考虑接收天线相关性,研究了MRC接收机输出信噪比的统计特性,借此分析了系统保密性能。MATLAB蒙特卡洛仿真结果表明:(1)保密中断概率的解析表达式精确可靠;(2)当主信道的平均信噪比较大时,保密性能随天线相关性的增大而降低;(3)当主信道的平均信噪比较小时,情况与(2)相反;(4)增加接收天线的数目可提升保密性能。3.依据次序统计原理提出了qth TAS方案,设计了MIMO保密传输系统,推导了qth TAS/co-MRC方案下接收信噪比的概率密度函数表达式,借此分析了系统保密性能。蒙特卡洛仿真结果表明:(1)qth TAS方案能为用户提供不同等级的保密性能;(2)保密性能随发送天线数目的增加而提升。
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