赵 睿 贺玉成 周 林 谢维波



基于人工噪声预编码的多天线中继安全性能分析

赵 睿*①②贺玉成①②周 林①谢维波①

①(华侨大学厦门市移动多媒体通信重点实验室 厦门 361021)②(西安电子科技大学ISN国家重点实验室 西安 710071)

为提升存在窃听者的中继网络的安全性能，在多天线放大转发中继端采用人工噪声预编码(ANP)和特征波束形成(EB)安全传输策略，推导了ANP和EB的可达安全速率(EASR)闭合表达式。在中继配置大规模天线时，推导了ANP的EASR下界，并在高信噪比和低信噪比情况下研究了渐近性能。分析和仿真结果显示，在中高信噪比区域，ANP相比于EB可获得显著的性能增益，而在低信噪比区域，EB优于ANP。当信噪比增加时，EB的EASR接近一个与第1跳无关的常数。在高信噪比区域，ANP的最优功率分配方案是将一半左右的功率分配给人工噪声。

物理层安全；放大转发中继；人工噪声；遍历可达安全速率

1 引言

中继系统物理层安全中的物理层安全问题近年来已成为研究热点。通过利用协作中继，学者们提出了多种基于协作的策略来增强无线安全性从而对抗窃听攻击，比如：协作波束形成技术、中继选择技术和协作加扰技术(CJ)。在多中继系统中，协作波束形成和中继选择通过合理分配中继的加权因子和发送功率，可显著提升安全容量。CJ通过发送加扰信号(即人工噪声)显著降低了窃听者的接收SNR，且能保证期望信号的接收质量，已成为一种高效的传输策略。

当多天线中继发送加扰信号时，中继作为辅助者使用人工噪声预编码(ANP)技术干扰窃听者，通过将人工噪声的波束方向对准合法信道的正交子空间中，将有用信号转发至目的端，从而增强安全性能[8,9]。……