摘要：随着无线通信技术的蓬勃发展和日益普及，无线通信业务迅速增加，无线电频谱资源短缺的问题日益严重，在此背景下，先进的认知无线电技术得到了人们的关注，逐渐发展壮大。另一方面，由于无线通信的广播性和开放性，使得无线通信的安全较有线通信更易受到威胁，甚至是被不法分子利用，制造一系列的恐怖袭击和非法活动，建立安全可靠的连接成为无线通信的关键一步。5G时代到来，传输速率大幅度提升，这使得经典的高层安全密钥更加容易被暴力破解，所以物理层安全技术便成为了学者们议论的焦点。

在传统物理层安全技术中，大多数采用半双工模式下的被动监听，只能单纯窃听合法用户发送的信息。在本文中，选择了全双工技术，对处于underlay共享模式下的D2D通信进行主动监听。我们考虑了一个四节点的underlayD2D通信场景，首先，我们对环境和设备的参数进行假设，在假设成立的基础上，计算出各接收节点的接收信号和节点之间的可达速率，并且，在保持合法监听者对可疑链路保持成功监听的前提下，得出了合法监听者到基站可达速率最大值的表达式。而后，我们考虑对波束成形矢量进行优化，我们首先采用SDR方案，但是由于求SDR解的计算复杂度较高，所以我们提出了一个低复杂度的方案，此方案建立在ZF和MRT波束成形上，被称为Z-M方案。通过这些方案，在监视成功的前提下，我们希望最大限度地提高合法传输速率。最后，通过仿真软件MATLAB进行仿真，数值结果证明了所提方案的有效性和优越性。

关键词：认知无线电；物理层安全；主动监听；波束成形；全双工技术

目 录

摘 要

ABSTRACT

第一章  绪 论-2

1.1 研究背景-3

1.2 国内外研究现状-4

1.2.1 认知网络研究现状-5

1.2.2 物理层安全技术研究现状-6

1.2.3 合法监听技术研究现状-8

1.3 课题研究目的和创新点-9

1.3.1 研究目的-9

1.3.2 本文创新点-10

1.4 论文安排-10

第二章 认知无线网络与合法监听相关技术介绍-11

2.1 共享模式-11

2.2 合法监听-13

（1）多天线技术-14

（2）人工噪声技术-15

2.3 全双工，波束成形，协作干扰-16

2.3.1 全双工-16

2.3.2 波束成形-17

2.3.3 协作干扰-17

第三章  非授权underlayD2D通信网络系统模型建立-19

3.1 引言-19

3.2 系统模型-19

3.3 总结-22

第四章 采用联合发射和接收波束成形技术的主动窃听-23

4.1 引言-23

4.2 SDR方案-23

4.3 Z-M方案-24

4.4 实验仿真及数据结果-27

第五章  总  结-31

参考文献-32

致  谢-36

附  录-37