29、异构网络物理层安全的研究与分析

异构网络物理层安全的研究与分析

1. 背景与动机

随着数据流量的持续增长，传统的通信网络架构面临着巨大的挑战。为了满足日益增长的数据需求，人们开始将宏基站与小小区和接入点相结合，构建异构网络。宏基站通常架设在高塔上，利用低频段实现广泛的传输覆盖；而小小区则工作在高频段，在较短范围内提供可靠的连接，具有低延迟和高速度的特点。然而，无线回传的不可靠性以及无线通信固有的不确定性，给异构网络的安全带来了严重威胁。因此，研究如何提高异构网络的物理层安全性成为了当前的热点问题。

2. 系统模型

2.1 系统组成

考虑一个包含 (K) 个小小区发射机 ({T_1, \ldots, T_k, \ldots, T_K}) 的系统，这些发射机通过不可靠的回传链路 (b_k) 连接到宏基站 (BS)，同时还存在一个次要目的地 (D) 和一个窃听者 (E)。假设 (T - D) 链路经历独立同分布的瑞利衰落。

2.2 回传可靠性建模

回传可靠性被建模为一个伯努利过程 (I_k)，其成功概率为 (s)，失败概率为 (1 - s)。

2.3 随机变量的 CDF 和 PDF

随机变量 (X) 的累积分布函数（CDF）和概率密度函数（PDF）分别为：
[
F_X(x) = 1 - \exp\left(-\frac{x^2}{2\sigma^2}\right), \quad x \in [0, \infty]
]
[
f_X(x) = \frac{x}{\sigma^2} \exp\left(-\frac{x^2}{2\sigma^2}\right)