目錄
一. 信道容量與信道速率
二. 小結(jié)
三. 安全速率與物理層安全
3.1 香農(nóng)物理層安全模型
3.2 安全信道速率
四. 補(bǔ)充安全中斷概率（Secrecy Outage Probability, SOP）
五. 補(bǔ)充安全分集度（Secrecy Diversity Order, SDO）
六. 附信道安全傳輸經(jīng)常會出現(xiàn)的縮略詞
一. 信道容量與信道速率
先看信道容量C的公式：
其中，B為帶寬，SNR為信噪比。信道容量單位是bps，也就是比特每秒。這個與Shannon公式有關(guān)，在實際通信系統(tǒng)中，傳輸速率只能逼近該數(shù)值，相當(dāng)于傳輸速率的上限。
（以下將是更深層次的解釋和拓展）
根據(jù)給定最大信道容量的Shannon公式可知，信道容量取決于帶寬和信道的SNR這兩項物理參數(shù)。因此如何利用較小的信道帶寬、或在發(fā)射功率不變的情況下，盡量取得較大的信道SNR，以獲取最大的信道容量是移動通信新技術(shù)所追求的重要目標(biāo)，可以歸結(jié)為如何提高頻譜利用率和功率利用率的兩個基本問題。
二. 小結(jié)
信道容量可看成信道最大的傳輸速率。信道速率也就是信息傳輸速率，代表實際的傳輸速率。
三. 安全速率與物理層安全
3.1 香農(nóng)物理層安全模型
物理層安全通信研究的起源可以追溯到 Shannon 信息理論安全保密分析，它可以理解為無線網(wǎng)絡(luò)的安全通信能力取決于竊聽節(jié)點可獲得的信息量。如上圖所示，發(fā)射端 Alice 用密鑰 K對原始信息 S 加密獲得 M，合法接收端 Bob 接收到 M 后用 K 解密獲得 S。而竊聽者 Eve 沒有密鑰，因此無法從加密信號 M 中解密出信息 S。此外，Shannon 在論文中也定義了完美安全，即加密信息與傳輸信息之間的互信息量為零。進(jìn)一步，Shannon 通過嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo)證明了只有當(dāng)密鑰的熵不小于傳輸信息的熵，即密鑰的長度不小于傳輸信息的長度時，才能實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)中信息的安全傳輸。然而現(xiàn)實通信場景中存在多種噪聲等干擾，導(dǎo)致完美安全傳輸很難實現(xiàn)。
3.2 安全信道速率
為了更加貼近實際的無線通信網(wǎng)絡(luò)，Wyner 在 Shannon 模型（就是上面那張圖）的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，提出了基于噪聲信道的竊聽模型。為了解決密鑰的傳輸問題，Wyner 采用信道編碼來代替密鑰的方式。具體過程可以表述為：發(fā)射端將要傳輸?shù)男畔?S 進(jìn)行編碼變成長度為 n 的碼字 X ，經(jīng)過有噪信道，合法接收端和竊聽者分別接收到信號 Y 和 Z。Wyner 證明了當(dāng)編碼長度 n 足夠大時，竊聽節(jié)點接收到的信號 Z 與信息 S 之間的互信息量為 0。同時還證明了存在一種編碼方案，可以使得合法接收端正確接收信息 S 而竊聽者無法解碼信息 S。進(jìn)一步地，基于該有噪信道模型，Wyner 還證明了在不使用密鑰的前提下，僅依靠發(fā)射端、接收端和竊聽端信道的差異，可以實現(xiàn)信息在物理層上安全傳輸。此外，Wyner 還提出安全速率（Secrecy Rate, SR）的概念，即合法傳輸節(jié)點能夠安全傳輸給合法接收端的最大數(shù)據(jù)速率。
更具體的，安全速率被定義為信道在某一通信時隙能夠?qū)崿F(xiàn)的最大安全傳輸速率，通常取合法節(jié)點的信道容量與竊聽節(jié)點信道容量的差值，對于加性高斯白噪聲（Additive White Gaussian Noise, AWGN）信道，都可以用“一”中的 Shannon 公式計算信道容量。
對于衰落信道，可以用瞬時的接收信噪比來計算瞬時信道速率。利用P代表發(fā)射功率，代表發(fā)射端與合法接收端之間的信道增益，代表發(fā)射端與竊聽節(jié)點之間的信道增益，代表噪聲功率。由此，合法節(jié)點的信噪比可以表示為：
竊聽節(jié)點的信噪比可以表示為：
四. 補(bǔ)充安全中斷概率（Secrecy Outage Probability, SOP）
安全中斷概率衡量網(wǎng)絡(luò)的安全速率小于目標(biāo)安全速率的概率，即不能夠進(jìn)行安全傳輸?shù)母怕?。我們肯定是希望這個概率越小越好。根據(jù)以上討論，其實也可以用竊聽信道容量來表示 SOP。
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五. 補(bǔ)充安全分集度（Secrecy Diversity Order, SDO）
安全分集度定義為：安全中斷概率隨主信道與竊聽信道增益比（Main to Eavesdropper Ratio, MER）變化的快慢程度。利用代表安全中斷概率，MER代表信道的比值，由此安全分集度的公式如下：
六. 附信道安全傳輸經(jīng)常會出現(xiàn)的縮略詞
5G The Fifth Generation Mobile Communications 第五代移動通信
6G The Sixth Generation Mobile Communications 第六代移動通信
AF Amplify and Forward 放大轉(zhuǎn)發(fā)
AWGN Additive White Gaussian Noise 加性高斯白噪聲
BF Beamforming 波束賦形
BPCU Bits Per Channel Use 比特/信道利用
CDF Cumulative Distribution Function 累計分布函數(shù)
CD-NOMA Code Domain Non-Orthogonal Multiple Access 碼域-非正交多址接入
CLT Central Limit Theorem 中心極限定理
CSI Channel State Information 信道狀態(tài)信息
DF Decode and Forward 解碼轉(zhuǎn)發(fā)
EE Energy Efficiency 能量效率
ES Energy Splitting 能量分割
FD Full Duplex 全雙工
FDMA Frequency Division Multiple Access 頻分多址
HD Half Duplex 半雙工
MER Main to Eavesdropper Ratio 主信道與竊聽信道增益比
MIMO Multiple Input Multiple Output 多輸入多輸出
MISO Multiple Input Single Output 多輸入單輸出
MRC Maximum Ratio Combining 最大比合并
MS Mode Switching 模式轉(zhuǎn)換
NCCSD Non-Central Chi-Square Distribution 非中心的卡方分布
NOMA Non orthogonal Multiple Access 非正交多址接入
OAS Optimal Antenna Selection 最優(yōu)天線選擇
OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access 正交頻分多址
OMA Orthogonal Multiple Access 正交多址接入
ORAS Optimal Relay Antenna Selection 最優(yōu)中繼-天線選擇
ORS Optimal Relay Selection 最優(yōu)中繼選擇
PA Power Allocation 功率分配
PDF Probability Density Function 概率密度函數(shù)
PD-NOMA Power Domain Non Orthogonal Multiple Access 功率域-非正交多址接入
PIC Parallel Interference Cancellation 并行干擾消除
PLS Physical Layer Security 物理層安全
QoS Quality of Service 服務(wù)質(zhì)量
RAS Relay Antenna Selection 中繼-天線選擇
RF Radio Frequency 射頻
RIS Reconfigurable Intelligent Surface 可重構(gòu)智能表面
RRAS Random Relay Antenna Selection 隨機(jī)中繼-天線選擇
RPR Random Phase Regulation 隨機(jī)相位調(diào)節(jié)
SINR Siganl to Interference Plus Noise Ratio 信干噪比
SNR Siganl to Noise Ratio 信噪比
SC Selection Combining 選擇合并
SDO Secrecy Diversity Order 安全分集度
SE Spectral Efficiency 頻譜效率
SIC Successive Interference Cancellation 串行干擾消除
SOP Secrecy Outage Probability 安全中斷概率
SR Secrecy Rate 安全速率
SRAS Suboptimal Relay Antenna Selection 次佳中繼-天線選擇
TDMA Time Division Multiple Access 時分多址
TS Time Switching 時間切換文章來源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-774523.html
ZF Zero Forcing 迫零文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-774523.html
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