论文部分内容阅读
近年来,随着移动数据业务的爆发式增长和智能移动设备的海量接入,现有的4G系统已经难以满足通信需求。非正交多址接入(NOMA)技术在功率域对多个用户进行复用,提高了频谱效率和系统容量,成为了第五代移动通信系统(5G)的研究热点。与此同时,网络的超高速率和超多设备接入带来的安全挑战同样严峻,NOMA技术的研究逐渐开展到物理层安全(PLS)的方向上。本文的目的在于推进NOMA系统与物理层安全研究结合,为设计安全的NOMA系统提供一定的帮助。本文将基于NOMA技术的下行传输方案,进行安全性能的理论分析,并对结果进行了仿真验证。本文主要成果概括如下:1、针对下行的多输入单输出NOMA(MISO-NOMA)系统,考虑系统存在窃听节点,进行安全性能分析。在传统的MISO-NOMA系统安全性能的研究基础上,本文提出了一种联合发送天线选择(TAS)和人工噪声(AN)信号辅助的传输方案。不同于传统AN方案采用另一根天线发送AN信号,所提方案将总功率分出一部分给AN信号,在基站处执行TAS的同时将AN信号与有用信息进行叠加编码发送。此外,还给出了最优AN信号分配功率系数的求解方法,并推导出了安全中断概率(SOP)的精确解和高信噪比下的渐近解,仿真结果表明,在相同条件下,提出方案的安全性能有着显著提升。2、针对NOMA中继系统,在所有用户与基站均无直接链路的情况下,考虑窃听节点对基站和中继两处进行合并窃听,先后在半双工中继(HD)和全双工中继(FD)两个场景中进行了安全性能分析。1)针对前述的HD中继系统,考虑窃听节点可以使用选择合并(SC)和最大比合并(MRC)两种方式进行信号合并。推导了基站多天线并执行TAS的情况下的SOP闭合表达式,仿真验证了基站的天线数目提升对系统安全性能增加的积极作用,同时分析了窃听者的合并方式对系统安全性能的影响;2)将模型推广至基于NOMA的FD中继系统,考虑所有通信节点单天线,同时全双工中继处存在环路自干扰的情况,推导得到了 SOP的闭合表达式,并通过仿真验证其的正确性与合理性。分析了基于NOMA的FD中继系统与HD中继系统安全性能的差异,证明降低全双工中继的自干扰对系统的安全性能有积极影响,同时研究了合法用户的功率分配系数和目标传输速率对安全中断性能的影响。