双跳混合射频-水声通信系统：物理层安全分析

摘要： 本文研究了一种双跳混合射频/水下光无线通信（RF-UOWC）系统的保密性能。该系统由单天线源节点（S）通过多天线接收的中继节点与作为合法接收端的目地节点（D）通信。具体而言，中继节点通过射频链路接收来自S的信号，采用最大比合并技术处理后，以固定增益或可变增益放大输出组合信号，再通过水下光无线链路转发至D。传输协议实施过程中存在窃听者试图窃听射频链路（即S-R）。我们推导了系统平均保密容量和截获概率的精确闭式表达式——分别用梅杰G函数以及单变量和双变量福克斯H函数表示，并分析了所得解析公式与蒙特卡洛仿真方法的计算复杂度。所推导的解析公式能有效表征系统和信道参数（包括中继天线数量、窃听节点数量、中继增益、射频链路衰落严酷度及水下光无线链路水湍流严酷度）对保密性能的影响。