Physical Layer Security for Cognitive Multiuser Networks With Hardware Impairments and Channel Estimation Errors
Physical Layer Security for Cognitive Multiuser Networks With Hardware Impairments and Channel Estimation Errors
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具有硬件损伤和信道估计错误的认知多用户网络的物理层安全
DOI：
10.1109/tcomm.2022.3194981
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发表时间：
2022-09
影响因子：
8.3
通讯作者：
Ruchuan Wang
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Xiao Jiang;Peng Li;Yulong Zou;Bin Li;Ruchuan Wang
本文研究了由多个认知源、一个认知目的和一个窃听者组成的认知多用户网络在硬件损伤和信道估计误差联合影响下的物理层安全问题。我们考虑一个实际的情况下，相互干扰存在于主用户和认知用户之间。为了实现高物理层安全性和低实现复杂度，提出了三种纯用户调度方案，即选择合并（SC）方案、基于阈值的切换分集（tSD）方案和切换检查合并后选择（SECps）方案。为了进一步提高物理层的安全性，我们提出了一个扩展我们的SC框架的干扰辅助多用户网络，并提出了一个干扰辅助SC（JSC）计划。我们推导出封闭形式的拦截概率（IP），中断概率（OP）和有效保密吞吐量（EST）的表达式SC，tSD，SECps和JSC计划在Nakagami- $m$信道分析系统性能。数值结果表明，在3种纯多用户调度方案中，SC方案的保密性能最好，复杂度最高，SECps方案的保密性能最差，复杂度最低。此外，在高信噪比区域，JSC方案的保密性能优于SC方案。
In this paper, we investigate the physical layer security for a cognitive multiuser network which is composed of multiple cognitive sources, a cognitive destination and an eavesdropper under the joint impact of hardware impairments (HIs) and channel estimation errors (CEEs). We consider a practical scenario where mutual interference exists between the primary users and cognitive users. To achieve high physical layer security with low implementation complexity, we propose three pure user scheduling schemes, namely, selection combining (SC) scheme, threshold-based switched diversity (tSD) scheme and switch-and-examine combining with post-selection (SECps) scheme. To further improve physical layer security, we present an extension of our SC framework to a jammer aided multiuser network and propose a jammer aided SC (JSC) scheme. We derive the closed-form intercept probability (IP), outage probability (OP) and effective secrecy throughput (EST) expressions for SC, tSD, SECps and JSC schemes over Nakagami- $m$ channels to analyze the system performance. Numerical results show that among the three pure multiuser scheduling schemes, the SC scheme achieves the best secrecy performance with the highest complexity, the SECps scheme obtains the worst secrecy performance with the lowest complexity. In addition, the secrecy performance of JSC scheme is better than that of SC scheme in the high SNR region.
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