ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ - ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL 19, NO 11, 2021 CẢI THIỆN BẢO MẬT LỚP VẬT LÝ TRONG MẠNG VÔ TUYẾN NOMA BẰNG MẢNG ANTEN ENHANCING PHYSICAL LAYER SECURITY OF NOMA WIRELESS NETWORKS BY ARRAY ANTENNA Trương Ngọc Hà*, Nguyễn Văn Phúc, Đặng Phước Hải Trang, Trần Thị Quỳnh Như Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh1 *Tác giả liên hệ: hatn@hcmute.edu.vn (Nhận bài: 26/7/2021; Chấp nhận đăng: 06/10/2021) Tóm tắt - Trong báo này, nhóm tác giả đưa mơ hình truyền thông vô tuyến với kỹ thuật NOMA kết hợp mảng anten để cải thiện bảo mật lớp vật lý Mô hình đưa gồm ba nút: Nguồn, đích nút nghe Nút nguồn mảng anten sử dụng kỹ thuật NOMA để truyền đồng thời hai tín hiệu 𝑥1 𝑥2 Bằng lý thuyết đưa ra, chứng minh bảo mật vật lý tỷ lệ thuận với số lượng anten nút nguồn Chúng ta kiểm chứng q trình mơ chứng minh điều kết luận lý thuyết Ngoài ra, để có hướng nhìn khác, nhóm tác giả tiến hành đánh giá tỷ lệ lỗi bit (BER) để thấy mối quan hệ BER bảo mật lớp vật lý mạng truyền thơng NOMA có kết hợp với mảng anten Abstract - In this paper, the authors proposed a wireless communication NOMA technique with antenna array to improve the security of the physical layer The proposed model is composed of three nodes, namely the source node, the destination node, and the eavesdropping node The source node is an antenna array that uses NOMA technology to transmit two signals 𝑥1 and 𝑥2 simultaneously It was mathematically proved that the physical security is proportional to the number of antennas at the source node This was also verified by the simulation results In addition, for different perspective, the authors evaluated the bit error ratio (BER) to determine that BER is strongly related to the security of physical layer in NOMA communication network combined with antenna array Từ khóa - NOMA; mảng anten; bảo mật lớp vật lý; xác suất dừng; BER Key words - NOMA; array antenna; physical layer security; outage probability; BER Giới thiệu Ngày nay, cách mạng công nghiệp 4.0 diễn cách mạnh mẽ tồn cầu, lĩnh vực viễn thơng đầu tàu cách mạng Hàng loạt hệ thống vô tuyến chuẩn giao tiếp Wifi, LTE, Wimax, HSPA+… đời [1], [2] Tuy nhiên, tần số tài nguyên có hạn hiệu suất sử dụng phổ tần số thấp Một kỹ thuật đa truy cập đầy tiềm triển vọng nghiên cứu kỹ thuật đa truy cập phi trực giao (NOMA) [3], [4] NOMA kỹ thuật cho phép với người dùng gởi lúc nhiền tín hiệu băng tần đến nhiều người dùng khác Điều thực cách ghép tuyến tính liệu lại với gởi tín hiệu ghép tới bên nhận Ở phía thu liệu, chúng giải mã theo chế khử nhiễu (Successive Interference Cancellation (SIC)) [5] Tuy nhiên, tín hiệu truyền từ nguồn đến nơi nhận qua môi trường vô tuyến nên dễ bị công nghe Hiện tại, phương pháp bảo mật thường triển khai lớp ứng dụng: Các kỹ thuật mã hóa, xác thực (như WEP, WPA, …) Bên cạnh đó, phương thức công mạng thay đổi phát triển không ngừng [6] Ngày nay, hướng nghiên cứu nhằm tìm giải pháp tăng cường khả bảo mật cho mạng vô tuyến lớp vật lý [7] Một hệ thống truyền thơng khơng dây có khả bảo mật dung lượng kênh truyền hợp pháp lớn dung lượng kênh truyền nghe [7] Một hướng nghiên cứu bảo mật lớp vật lý dùng kỹ thuật beamforming mảng anten [8], [9], [10], [11], [12] Trong nghiên cứu này, tác giả tập trung vào phân tích ảnh hưởng mảng anten đến xác suất dừng bảo mật vật lý mạng NOMA Mô hình hệ thống mạng 2.1 Mơ hình nghiên cứu Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả đưa mơ hình gồm nút mạng Hình Mơ hình gồm nút nguồn S, nút đích D, nút nghe E Trong đó, nút nguồn S sử dụng cơng nghệ NOMA để truyền liệu đến nút đích D Nút nghe E cố gắng để nghe tín hiệu truyền từ S đến D Hình Mơ hình mạng NOMA gồm nút S mảng anten, nút đích D nút nghe E Các giả thuyết đưa mơ sau: - Nút nguồn S có N anten, nút đích nút nghe sử dụng anten - Nguồn S điều chỉnh búp sóng để nút D thu tín hiệu cực đại búp sóng - Tất kênh truyền kênh Rayleigh fading Ho Chi Minh City University of Technology and Education (Truong Ngoc Ha, Nguyen Van Phuc, Dang Phuoc Hai Trang, Tran Thi Quynh Nhu) Trương Ngọc Hà, Nguyễn Văn Phúc, Đặng Phước Hải Trang, Trần Thị Quỳnh Như - Tất tín hiệu nhiễu trắng (AWGN) thu thu có giá trị trung bình phương sai tín hiệu nhiễu N0 Trong mơ hình này, nút S đặt gốc tọa độ, nút D nút E giả sử nằm đường trịn có tâm gốc tọa độ bán kính 2.2 Kỹ thuật NOMA Kỹ thuật NOMA kỹ thuật mà hai tín hiệu 𝑥1 𝑥2 cộng tuyến tính lại với dạng sau [13]: (1) x = Px + Px S S S Trong đó, 𝑥𝑠 liệu tổng hợp gửi đi; 𝛼1 𝛼2 hệ số phân chia cơng suất phát 𝑃𝑠 cho tín hiệu 𝑥1 𝑥2 Trong đó, 𝛼1 >𝛼2 𝛼1 +𝛼2 =1, có nghĩa tín hiệu 𝑥1 phân cơng với cơng suất phát lớn tín hiệu 𝑥2 Trong nghiên cứu này, hai liệu 𝑥1 𝑥2 hai liệu khác gởi đến nguồn đích 2.3 Mảng anten Mảng anten hệ thống gồm nhiều anten đặt gần nhau, cách khoảng cách, nhằm tạo chùm xạ cho mảng khác vị trí khác [14] Mảng anten có nhiều loại khác hai chiều, chiều, tuyến tính, khơng tuyến tính… [14] Trong nghiên cứu này, mảng anten xem xét mảng tuyến tính [14]: Khi đó, hệ số xếp (AF: array factor) mảng là: AF ( N , ) = sin N (kdcos + ) kdcos + sin( ) (2) Trong đó: N: Số anten nút nguồn S k=2π/λ: Thừa số bước sóng (với λ bước sóng tín hiệu) d: Khoảng cách anten(d= λ/2(1-1/N) β: Hệ số pha dòng cung cấp (trong nghiên cứu β=-k*d) ϕ: Hệ số pha tính theo đơn vị rad mặt phẳng tọa độ cực Theo công thức (2) giá trị AF ( N , ) phụ thuộc vào biến: ϕ(0≤ϕ≤π), số lượng anten N Như vậy, N ϕ thay đổi giá trị AF ( N , ) thay đổi theo Hình 2a Hình 2b đồ thị AF ( N , ) với N=5 tọa độ cực tọa độ cầu Sau tín hiệu 𝑥1 𝑥2 ghép theo cơng thức (1), tín hiệu 𝑥𝑆 đưa đến mảng anten có hệ số AF cơng thức (2) để truyền đi, tín hiệu ngõ nút S có dạng cơng thức (3) (3) x = AF ( N , ) P x + P x S _ AF SD S S Với AF ( N , SD ) hệ số AF ( N , ) theo hướng nút D Tín hiệu xS-AF truyền môi trường vô tuyến đến nút D Hình 2a Đồ thị xạ chiều mảng gồm anten Hình 2b Đồ thị xạ chiều mảng gồm anten Bảo mật lớp vật lý mảng NOMA kết hợp mảng anten 3.1 Lý thuyết bảo mật lớp vật lý mạng NOMA Tín hiệu từ nguồn phát (nút S) sau qua môi trường vô tuyến đến thu Trong nghiên cứu này, nút đích xem nằm vị trí trường vùng xa mảng anten (khi ta khơng xem xét đến ảnh hưởng anten đến tín hiệu thu nút đích mà xét ảnh hưởng chung với hệ số kênh truyền) [14] Khi đó, tín hiệu nút D nhận là: yD = 1 AF ( N , SD ) Ps x1hSD + AF ( N , SD ) Ps hSD x2 + nSD (4) Trong đó, ℎ𝑆𝐷 hệ số kênh truyền fading Rayleigh S D, AF ( N , SD ) giá trị mảng anten theo hướng nút D, 𝑛𝑆𝐷 nhiễu cộng D (là biến ngẫu nhiên có phân phối Gauss với giá trị trung bình phương sai 𝑁0 ) Trong kỹ thuật NOMA, nút đích D giải mã liệu 𝑥1 trước (vì 𝑥1 phân bổ cơng suất cao 𝑥2 ) Sau giải mã thành công 𝑥1 , kỹ thuật khử nhiễu (SIC) sử dụng [15] để tách lấy tín hiệu 𝑥2 (nút đích loại bỏ thành phần 1 AF ( N , SD ) Ps x1hSD khỏi tín hiệu nhận được) Tín hiệu cịn lại liệu 𝑥2 cộng với nhiễu: yD _ x = AF ( N , SD ) Ps hSD x2 + nSD (5) Tương tự, nút E thu tín hiệu sau: yE = 1 AF ( N , SE ) + AF ( N , SE ) Ps x1hSE Ps hSE x2 + nSE (6) Trong đó, ℎ𝑆𝐸 hệ số kênh truyền fading Rayleigh ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ - ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL 19, NO 11, 2021 S E, AF ( N , SE ) giá trị mảng anten theo phương ϕSE (theo phương nút nghe E), 𝑛𝑆𝐸 nhiễu cộng E (là biến ngẫu nhiên có phân phối Gauss với giá trị trung bình phương sai 𝑁0 ) Nút nghe E giải mã tín hiệu 𝑥1 trước Sau giải mã thành cơng 𝑥1 , nút E sử dụng kỹ thuật SIC để giải mã tín hiệu 𝑥2 sau: (7) yE − x = AF ( N , SE ) Ps hSE x2 + nSE Các đại lượng gSD, gSE, GSD, GSE, cho công thức bên (8) g SD = hSD g SE = hSE (9) GSD = AF ( N , SD ) GSE = AF ( N , SE ) Từ công thức (4), (5), (8), (9), (10), (11), ta có tỷ số SNR đạt D 𝑥1 𝑥2 là: 𝐺 𝑃 𝛼 g /𝑁 𝐺 𝑄𝛼 g 𝑆𝑁𝑅𝐷,𝑥1 = 𝑆𝐷 𝑆 𝑆𝐷 = 𝑆𝐷 𝑆𝐷 (12) 𝑆𝑁𝑅𝐷,𝑥2 = 𝐺𝑆𝐷 𝑃𝑆 𝛼2 gSD /𝑁0 +1 𝐺𝑆𝐷 𝑄𝛼2 g𝑆𝐷 +1 𝐺𝑆𝐷 𝑃𝑠 𝛼2 g𝑆𝐷 = 𝐺1 𝑄𝛼2 g 𝑆𝐷 𝑁 (13) Trong công thức (12) (13), Q tỷ số mức cơng suất tín hiệu cơng suất nhiễu xác định sau: 𝑃 𝑄= 𝑠 (14) 𝑁0 Trong mơ hình này, ta xem xét trường hợp tệ nút E áp dụng nguyên lý SIC tốt Từ công thức (6), (7), (8), (9), (10), (11), ta có tỷ số SNR đạt nút nghe E để lấy 𝑥1 𝑥2 là: 𝑆𝑁𝑅𝐸,𝑥1 = 𝑆𝑁𝑅𝐸,𝑥2 = 𝐺𝑆𝐸 𝑃𝑆 𝛼1 g𝑆𝐸 /𝑁0 𝐺𝑆𝐸 𝑃𝑆 𝛼2 g𝑆𝐸 /𝑁0 +1 𝐺𝑆𝐸 𝑃𝑠 𝛼2 g𝑆𝐸 𝑁0 = 𝐺𝑆𝐸 𝑄𝛼1 g𝑆𝐸 𝐺𝑆𝐸 𝑄𝛼2 g𝑆𝐸 +1 =𝐺𝑆𝐸 𝑄𝛼2 g 𝑆𝐸 𝐹g𝑖 (𝑥) = − 𝑒 −𝜆𝑖𝑥 𝛽 Với 𝜆𝑖 = 𝑑𝑖 𝑓g𝑖 (𝑥) = 𝜆𝑖 𝑒 −𝜆𝑖𝑥 (16) (17) (18) 𝐶𝐷 𝑖 = log (1 + 𝑆𝑁𝑅𝐷,𝑥𝑖 ) = log (1 + 𝑆𝑁𝑅𝐸,𝑥𝑖 ) Với i = 1, Dung lượng kênh truyền bảo mật [16]: 𝑥 𝑥 + 𝐶𝑖 = [𝐶𝐷 𝑖 − 𝐶𝐸 𝑖 ] (19) (20) (21) Trong [𝑥]+ = max{𝑥, 0} 3.2 Xác suất dừng bảo mật lớp vật lý mạng NOMA kết hợp mảng anten Xác suất dừng bảo mật xác suất mà dung lượng bảo 𝑥 𝑥 Thay công thức (19), (20) vào (22) công thức 𝑥1 cho 𝑃𝑜𝑢𝑡 sau: 𝑥 𝑃𝑜𝑢𝑡 = Pr[(log (1 + 𝑆𝑁𝑅𝐷,𝑥1 ) − log (1 + 𝑆𝑁𝑅𝐸,𝑥1 )) < 𝐶𝑡ℎ ] 1+𝑆𝑁𝑅𝐷,𝑥1 = Pr [log ( = Pr [( 1+𝑆𝑁𝑅𝐸,𝑥1 1+𝑆𝑁𝑅𝐷,𝑥1 1+𝑆𝑁𝑅𝐸,𝑥1 ) < 𝐶𝑡ℎ ] ) < 2𝐶𝑡ℎ ] (23) Đặt 𝜃 = 2𝐶𝑡ℎ − Công thức (23) viết lại sau: G Q g GSE Q1 g SE Poutx1 = Pr SD SD + ( + 1) (24) GSE Q g SE + 1 GSDQ g SD + Với điều kiện xấu nhất, nút nghe E giải mã tín hiệu 𝑥1 cách tốt (tức nút nghe có loại bỏ nhiễu đồng kênh) Khi đó, xác suất dừng từ công thức (24) viết lại sau: G Q g x1 Pout = Pr SD SD + ( + 1) GSE Q1 g SE GSDQ g SD + GSD g SD g SE ( + 1) G ( G Q g + 1) SD SE SD dx = Pr − ( + 1) GSE Q1 = Trong đó, 𝛽 hệ số suy hao kênh truyền, d khoảng cách điểm phát điểm thu Dung lượng kênh truyền nút đích nút nghe lén: 𝑥 𝐶𝐸 𝑖 𝑥 𝑃𝑜𝑢𝑡 = Pr [𝐶1 < 𝐶𝑡ℎ ] = Pr[(𝐶𝐷 − 𝐶𝐸 ) < 𝐶𝑡ℎ ] (22) (15) Xét kênh truyền mơ hình hệ thống kênh truyền fading Rayleigh, có CDF PDF độ lợi kênh g 𝑖 [16]: 𝑥 mật 𝐶𝑖 (trong công thức (21)) nhỏ ngưỡng tốc độ 𝐶𝑡ℎ cho trước [17] Các biểu thức đưa nhằm đánh giá hiệu xác suất dừng bảo mật mạng thứ cấp đánh giá khả nghe nút nghe E Như vậy, xác suất dừng bảo mật lớp vật lý liệu 𝑥1 là: (10) (11) = GSD x g SE ( + 1) G ( G Q g + 1) SE SD SD dx f gSD ( x) Pr − G Q + ( ) SE GSD x ( + 1) G ( G Q g + 1) SD SE SD dx f gSD ( x) Pr ( + 1) GSE Q1 GSD g SD g SE ( + 1) GSE ( GSDQ g SD + 1) + f gSD ( x) Pr − , dx ( + 1) GSE Q1 GSD x + + + G G Q g G Q 1 ( ) SE ( SD SD ) ( ) SE (25) Nếu 𝛼1 ≤ 𝜃𝛼2 thì: Pr[(𝛼1 − 𝜃𝛼2 )𝑥𝐺𝑆𝐷 𝑄 ≤ 𝜃] = GSD g SD g SE ( + 1) G ( G Q g + 1) − ( + 1) G Q , SD SE SD SE =0 Pr GSD x ( + 1) GSE ( GSD Q g SD + 1) ( + 1) GSE Q1 𝑥 ∞ ∞ Nên: 𝑃𝑜𝑢𝑡 = ∫0 𝑓g𝑆𝐷 (𝑥) 1𝑑𝑥 + ∫0 𝑓g𝑆𝐷 (𝑥) 0𝑑𝑥 =1+0=1 Nếu 𝛼1 > 𝜃𝛼2 : (26) Trương Ngọc Hà, Nguyễn Văn Phúc, Đặng Phước Hải Trang, Trần Thị Quỳnh Như 10 Poutx1 = f gSD ( x) Pr x dx ( + 1) GSD Q1 GSD g SD g SE ( + 1) G ( G Q g + 1) − ( + 1) G Q , SE SE SD SD dx + f gSD ( x) Pr x ( + 1) GSD Q1 Với 𝑚 = 𝑥1 𝑃𝑜𝑢𝑡 𝐺𝑆𝐷 𝑄(𝛼1 − 𝜃𝛼2 ) ∞ = − 𝑒 −𝜆𝑆𝐷𝑚 + ∫𝑚 𝜆𝑆𝐷 𝑒 −𝜆𝑆𝐷𝑥 𝑒 −𝜆𝑆𝐸 𝐴 𝑑𝑥 Với 𝐴= 𝜃 (27) (28) 𝛼1 − 𝜃𝛼2 − 𝛼1 𝛼2 (𝜃 + 1)𝑄𝐺𝑆𝐸 𝛼2 (𝜃 + 1)𝐺𝑆𝐸 𝑄(𝑄𝐺𝑆𝐷 𝛼2 𝑥 + 1) Tương tự công thức (22), xác suất dừng bảo mật lớp vật lý liệu 𝑥2 là: 𝑥 𝑥 𝑥 𝑃𝑜𝑢𝑡2 = Pr[𝐶𝐷 − 𝐶𝐸 < 𝐶𝑡ℎ ] (29) Thay công thức (19) (20) vào (29), được: nguồn nên hệ số 𝜆𝑆𝐷 1, nên không ảnh hưởng đến giá trị xác suất dừng Công thức (30) cho ta 𝑥2 thấy, xác suất dừng 𝑃𝑜𝑢𝑡 tỷ lệ nghịch với hệ số 𝛼2 , 𝐺𝑆𝐷 , 𝑄 𝑥2 Hệ số 𝑃𝑜𝑢𝑡 tỷ lệ thuận với hệ số 𝐺𝑆𝐸 Kết mô đánh giá Các kết mô thực phần mềm MatLab theo phương pháp Monte-Carlo với số phép thử 10000 lần Công thức (28) công thức (30) xác suất dừng bảo mật lớp vật lý theo lý thuyết 𝑥1 𝑥2 4.1 Đánh giá theo hệ số anpha Hình thể xác suất dừng bảo mật lớp vật lý theo hệ số phân chia cơng suất tín hiệu 𝑥1 𝑥2 Các thông số mô phỏng, số anten S N=5; anten D =1, E =1; Q=1và 5dB; Rt=0,2; GSE=1 (hay ϕSE=800); λSD=1, λSE=1 Poux2t = Pr 1 + GS D g SD Q 2Ct h (1 + GS E g SE Q ) = Pr GS D g SD Q + ( + 1)GS E g SE Q G g Q − = Pr g SE S D SD ( + 1)GS E Q G xQ − = f gSD ( x) Pr g SE S D dx ( + 1)GS E Q = f gSD ( x) Pr GS D xQ dx G xQ − , GS D xQ dx + f gSD ( x) Pr g SE S D ( + 1)GS E Q = SD e − SD x Pr GS D xQ dx Hình Xác suất dừng theo hệ số phân chia công suất 𝛼1 với GSE=1 + SD e− x Pr g SE SD Q GS D xQ − dx ( + 1)GS E Q Kết Hình thể lý thuyết mơ phù hợp với Với hình này, hệ số 𝛼1 tăng lên xác suất dừng 𝑥1 giảm 𝑥2 tăng lên Với tỷ lệ phân chia công suất 𝛼1 , Q tăng lên xác suất dừng 𝑥1 tăng 𝑥2 giảm Điều giải thích rằng, cơng suất tín tăng, nút nghe nghe tín hiệu tốt dẫn đến xác suất dừng tăng (bảo mật đi) = SD e− SD x 1 − SD e− SD n dx + SD e− SD x e − SE GS D xQ − ( +1) GS E g SE Q dx n = − 𝑒 −𝜆𝑆𝐷 𝑛 + 𝜆𝑆𝐷 Với: 𝑛 = 𝜃 𝑒 −𝜆𝑆𝐷𝑛 𝐺 𝜆 𝑆𝐷 𝑆𝐸 𝜆𝑆𝐷 +(𝜃+1)𝐺 (30) 𝑆𝐸 𝑄𝐺SD 𝛼2 Ta biết rằng, xác suất dừng nằm khoảng từ đến Giá trị Pout nhỏ (tiến gần 0) tính bảo mật hệ 𝑥 𝑥 thống tốt (xác suất để xảy (𝐶𝐷 − 𝐶𝐸 < 𝐶𝑡ℎ ) nhỏ, 𝑥1 𝑥1 tức xác suất (𝐶𝐷 − 𝐶𝐸 > 𝐶𝑡ℎ ) lớn) Ngược lại, Pout tiến đến tính bảo mật hệ thống (xác 𝑥 𝑥 𝑥 suất để xảy (𝐶𝐷 − 𝐶𝐸 < 𝐶𝑡ℎ ) lớn, tức xác suất (𝐶𝐷 − 𝑥1 𝐶𝐸 > 𝐶𝑡ℎ ) nhỏ) Công thức (28) cho thấy, xác suất tỷ lệ nghịch với hệ số 𝛼1 , 𝐺𝑆𝐷 , 𝑄 Ngược lại, xác suất dừng tỷ lệ thuận với hệ số 𝐺𝑆𝐸 Mặt khác, hệ số 𝐺𝑆𝐷 tỷ lệ thuận với bình phương số anten nút S Do đó, số anten nút nguồn tăng lên xác suất dừng giảm Trong đó, hệ số 𝐺𝑆𝐸 phụ thuộc vào hai thơng số vị trí nút nghe số lượng anten nút nguồn Trong mơ hình này, khoảng cách từ nút đích đến nút nguồn từ nút E đến nút Hình Xác suất dừng theo hệ số phân chia công suất 𝛼1 với GSE=0,1 Khi hệ số GSE giảm xuống (GSE =0,1 hay ϕSE =620), cịn thơng số khác giữ ngun, kết mơ cho Hình Với Hình 4, xác suất dừng 𝑥1 𝑥2 ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ - ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL 19, NO 11, 2021 giảm 𝛼1 tăng (giống Hình 3) Khi Q tăng lên, xác suất dừng 𝑥2 giảm (giống Hình 3), cịn 𝑥1 giảm (khác so với Hình 3) 4.2 Đánh giá theo số lượng anten Hình thể xác suất dừng 𝑥1 𝑥2 số lượng anten nút S thay đổi Các thông số mô lại: Q=1dB 5dB; λSD=1, λSE=1; Số anten D E 1; Rt=0,2; GSE=0,1 11 theo mơ Kết từ Hình cịn giúp ta thấy rằng, GSE lớn (nút nghe E gần nút D) Q_dB tăng nút nghe giải mã tín hiệu từ nút S tốt dẫn đến việc bảo mật giảm (xác suất dừng bảo mật vật lý tăng lên) 4.4 Đánh giá theo vị trí nút nghe E Trong mơ đây, nhóm tác giả cho vị trí nút E thay đổi toàn mặt phẳng xung quanh điểm S Khi đó, giữ nút E, nút S nút D tạo góc 0≤ϕSE≤1800, kết cho Hình Các thơng số mơ cịn lại: Số anten nút S =5; Số anten D E 1; Q=5dB; λSD=1, λSE=1; Rt=0,2 Hình Xác suất dừng theo số lượng anten nút S Kết Hình rằng, số lượng anten mảng tăng lên xác suất dừng bảo mật lớp vật lý 𝑥1 𝑥2 giảm Ngoài ra, tăng hệ số Q_dB (với số lượng anten) xác suất dừng 𝑥1 𝑥2 giảm Khi số lượng anten tăng lên đồng nghĩa với nhiều vấn đề phát sinh (nhưng yếu tố không xét nghiên cứu này) 4.3 Đánh giá theo hệ số SNR (Q(dB)) Hình thể xác suất dừng 𝑥1 𝑥2 hệ số Q_dB (mức cơng suất tín hiệu) thay đổi S thay đổi Các thông số mơ cịn lại: Số anten S N=5; Số anten D =1, E =1; GSE=0.1(hay ϕSE =620) 1; λSD=1, λSE=1; Rt=0,2 Hình Xác suất dừng theo vị trí nút nghe E (đơn vị độ) Kết Hình chứng tỏ xác suất dừng 𝑥1 𝑥2 lý thuyết mô tương đối phù hợp Tuy nhiên, nút E thay đổi vị trí GSE lớn có sử khác biệt lý thuyết mơ tín hiệu 𝑥1 Khi đó, xác suất dừng bảo mật 𝑥1 theo lý thuyết lớn theo mơ Kết Hình rằng, vị trí khác nút E, xác suất dừng bảo mật khác 4.5 Đánh giá tỷ lệ lỗi bit BER hệ thống Trong nghiên cứu này, tác giả cịn mơ xác suất lỗi BER (Bit Error Ratio) tín hiệu Trong mô tỷ lệ BER đây, giá trị GSE=0.1, α1 =0.6 Phương pháp Monte-Carlo sử dụng với tổng số bit truyền trường hợp 10 bit Bộ giải mã SIC sử dụng để giải mã tín hiệu nút D nút E Tín hiệu 𝑥2 phụ thuộc vào việc giải mã tín hiệu x1 Kết cho Hình Hình Hình Xác suất dừng theo hệ số Q(dB) Kết Hình chứng tỏ, xác suất dừng tín hiệu 𝑥2 có phù hợp lý thuyết mơ Với tín hiệu 𝑥1 : xác suất dừng lý thuyết mơ có khác Q_dB lớn 5dB (với trường hợp Gse =0,1), trường hợp Gse=1 có khác rõ Sự khác biệt từ công thức (24) xuống (25) giả sử mẫu số [GSEQα2gSE+1] xem gần Giả sử xem hệ số GSEQα2gSE nhỏ nhiều Tuy nhiên, Q tăng hay GSE lớn giả sử khơng cịn Khi đó, xác suất dừng bảo mật 𝑥1 theo lý thuyết lớn Hình Xác xuất BER hệ thống theo Q(dB) với tách tín hiệu lý tưởng nút D nút E (với anten nút S=2) Trương Ngọc Hà, Nguyễn Văn Phúc, Đặng Phước Hải Trang, Trần Thị Quỳnh Như 12 [4] [5] [6] [7] Hình Xác xuất BER hệ thống theo Q(dB) với tách tín hiệu lý tưởng nút D nút E (với anten nút S=4) Trong Hình Hình 9, Q tăng lên BER 𝑥1 𝑥2 giảm (cả nút S nút E) BER Hình 𝑥1 𝑥2 nút D tốt so với BER Hình BER nút E 𝑥1 𝑥2 hai Hình thay đổi Điều chứng tỏ rằng, số anten nút S tăng lên tính bảo mật tốt Kết luận Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả đưa mơ hình truyền thơng vơ tuyến với kỹ thuật NOMA kết hợp với mảng anten đánh giá vấn đề bảo mật lớp vật lý mơ hình Nhóm tác giả phân tích từ lý thuyết đến dạng công thức đơn giản để thể mối quan hệ đại lượng Cuối cùng, tiến hành mô phỏng, đánh giá kết đạt được, để từ thấy đắn lý thuyết đề chưa đạt đưa giả thuyết để đơn giản tính tốn Nghiên cứu tài liệu tham khảo cho hướng nghiên cứu vấn đề liên quan đến bảo mật lớp vật lý mảng anten TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] J G Andrews et al., "What Will 5G Be?”, IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol 32, no 6, pp 1065-1082, June 2014 [2] Y.-L Tseng, ‘‘LTE-advanced enhancement for vehicular communication”, IEEE Wireless Commun., vol 22, no 6, pp 4–7, Dec 2015 [3] O Maraqa, A S Rajasekaran, S Al-Ahmadi, H Yanikomeroglu and S M Sait, "A Survey of Rate-Optimal Power Domain NOMA [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] With Enabling Technologies of Future Wireless Networks”, in IEEE Communications Surveys & Tutorials, vol 22, no 4, pp 2192-2235, Fourthquarter 2020 A S Marcano and H L Christiansen, “Performance of Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA) in mmWave wireless communications for 5G networks”, 2017 International Conference on Computing, Networking and Communications (ICNC), 2017, pp 969-974 T E A Alharbi, K Z Shen and D K C So, "Full-Duplex Cooperative Non-Orthogonal Multiple Access System with Feasible Successive Interference Cancellation”, 2020 IEEE 91st Vehicular Technology Conference (VTC2020-Spring), 2020, pp 1-6 Y Liu, Z Qin, M Elkashlan, Y Gao and L Hanzo, "Enhancing the Physical Layer Security of Non-Orthogonal Multiple Access in Large-Scale Networks”, in IEEE Transactions on Wireless Communications, vol 16, no 3, pp 1656-1672, March 2017 Yuanwei Liu, Zhiguo Ding, Yue Gao, and Maged Elkashlan, Zhijin Qin, “Physical Layer Security for 5G Non-orthogonal Multiple Access in Large-scale Networks”, Queen Mary University of London, London, UK, 2016 L Liu, R Zhang, and K.-C Chua, “Secrecy wireless information and power transfer with MISO beamforming”, IEEE Trans Signal Process., vol 62, pp 1850–1863, Apr 2014 A Mukherjee and A L Swindlehurst, “Robust beamforming for security in mimo wiretap channels with imperfect CSI”, IEEE Trans Signal Process., vol 59, pp 351–361, Jan 2011 Z Sheng, H D Tuan, T Q Duong and H V Poor, "Beamforming Optimization for Physical Layer Security in MISO Wireless Networks”, in IEEE Transactions on Signal Processing, vol 66, no 14, pp 3710-3723, 15 July15, 2018 E Yaacoub and M Al-Husseini, "Achieving physical layer security with massive MIMO beamforming”, 2017 11th European Conference on Antennas and Propagation (EUCAP), 2017, pp 1753-1757 Ghous, Mujtaba, Ziaul H Abbas, Ahmad K Hassan, Ghulam Abbas, Thar Baker, and Dhiya Al-Jumeily 2021 "Performance Analysis and Beamforming Design of a Secure Cooperative MISO-NOMA Network" Sensors 21, no 12: 4180 N D Anh and P N Son, "Performance Analysis and Evaluation of Underlay Two-Way Cooperative Networks with NOMA”, 2020 5th International Conference on Green Technology and Sustainable Development (GTSD), 2020, pp 103-108 Constantine A Balanis, Antenna theory analysis and design, third edition, Published by John Wiley & Sons, Inc, 2005 B C Jung and S.-W Jeon, S.-H Lee, “Successive Interference Cancellation with Feedback for Random Access Networks”, IEEE Communications Letters., vol 21, no 4, pp 825 - 828, 2017 P N Son, V P Tuan, S Park and H Y Kong, "Closed-form Analysis of a Decode-and-Forward Scheme under Physical Layer Security over General Fading Channels”, 2018 5th NAFOSTED Conference on Information and Computer Science (NICS), 2018, pp 1-5 A Hyadi, Z Rezki and M Alouini, "An Overview of Physical Layer Security in Wireless Communication Systems with CSIT Uncertainty”, in IEEE Access, vol 4, pp 6121-6132, 2016