11、无线通信中的安全混合自动重传请求及窃听信道模型解析

无线通信中的安全混合自动重传请求及窃听信道模型解析

1. 安全混合自动重传请求（HARQ）方案

在频率平坦块衰落高斯信道的安全分组通信中，有两种安全 HARQ 方案被重点研究，分别是具有最大比合并的重复时间分集方案（RTD）和基于速率兼容 Wyner 保密码的增量冗余方案（INR）。

1.1 分集对保密吞吐量的影响

当存在连接中断约束（Pe ≤ 10⁻³）时，分集对保密吞吐量有着显著影响。当 M 较小时，由于分集不足，保密吞吐量会有一定损失。随着 M 的增加，当能获得足够分集时，两种方案的保密吞吐量会趋于收敛。特别地，当 M → ∞ 时，两种方案的吞吐量相同，且由渐近分析中的特定公式给出。

对于 INR 方案，其保密吞吐量 η[INR] 随 M 单调增加；而对于 RTD 方案，由于其编码方案次优性较强，η[RTD] 随 M 减小。渐近分析表明，当 M → ∞ 时，INR 方案可实现一个非零的恒定保密吞吐量（根据定理 3，为 0.5 * E[log₂(1 + λ) - log₂(1 + ν)] = 1.31），而 RTD 方案的吞吐量为零。

1.2 两种方案的吞吐量比较

一般情况下，INR 方案能实现比 RTD 方案大得多的吞吐量，这与不涉及保密的结果一致，即互信息积累（INR）比信噪比积累（RTD）是更有效的方法。然而，当必须确保主信道即使在较差状态下也有较小的连接中断概率时，就需要降低主信道码率。INR 方案由于对预期接收者和窃听者都有较大的编码增益，为满足保密要求，需要牺牲主信道码率的更大部分（即需要更大的保密间隙）。因此，当主信道码率受连接中断约束限制时，INR 方案的可实现保密吞吐量可能小于 RTD 方案