KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.8
no.7
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pp.2246-2260
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2014
In this paper, a secure multilevel quadrature amplitude modulation (MQAM) scheme is proposed for the physical layer security (PLS) of the wireless communications. In the proposed scheme, each transmitted symbol's signal constellation (SC) is hopping with the control of two unique factors: amplitude distortion (AD) factor and phase hopping (PH) factor. With unknown the two factors, the eavesdropper cannot extract effective information from the received signal. We first introduce a security metric, referred to as secrecy gain, and drive a lower bound on the gain that the secrecy capacity can be improved. Then, we investigate the relationship among the secrecy gain, the signal to noise power ratios (SNRs) of the main and wiretap channels, and the secrecy capacity. Next, we analyze the security of the proposed scheme, and the results indicate that the secrecy capacity is improved by our scheme. Specifically, a positive secrecy capacity is always obtained, whether the quality of the main channel is better than that of the wiretap channel or not. Finally, the numerical results are provided to prove the analytical work, which further suggests the security of the proposed scheme.
Journal of information and communication convergence engineering
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v.14
no.3
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pp.171-176
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2016
In this study, we investigate the physical layer secrecy performance of RF energy harvesting (EH) networks over Rayleigh fading channels. The RF-EH system considered here consists of one power transfer station, one source, one destination, and multiple passive eavesdroppers. The source harvests energy from the power transfer station and transmits the information to the destination by using a time switching-based relaying protocol. The eavesdroppers try to extract the transmitted information without an active attack. By using the statistical characteristics of the signal-to-noise ratio (SNR), the exact closed-form expressions of the existence probability of the secrecy capacity and the secrecy outage probability are derived. Further, we analyze the secrecy performance of the system with respect to various system parameters, such as the location of the system elements and the number of eavesdroppers. Finally, the equivalent Monte Carlo simulation results are provided to confirm the correctness of our calculations.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2019.05a
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pp.288-289
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2019
This paper studies the secrecy capacity for a wireless cooperative network with perfect channel state information at the relays, and receiver. A similar assumption is also made for the instance where there exist a direct link between the transmitter and receiver. Physical Layer security techniques are employed in wireless networks to mitigate against the activity of eavesdroppers. It offers a viable alternative to computationally intensive encryption. In this paper the design of a protocol utilizing jamming (via jamming nodes) for better security and relaying (via relay nodes) for the amplify-and-forward (AF) operation, is investigated. A a signal-to-noise variant of secrecy known as secrecy gap is explored because of its use of lesser computational power - preferable for practical systems. Thus we maximize this signal-to-noise approach instead of the conventional secrecy capacity maximization method. With this, an iterative algorithm using geometric programming (GP) and semi-definite programming (SDP) is presented with appreciable benefits. The results show here highlight the benefits of using fractional components of the powers of the relays to offer better secrecy capacity.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.9
no.11
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pp.4623-4643
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2015
This paper considers physical-layer security protocols in multicast cognitive radio (CR) networks. In particular, we propose dual-hop cooperative decode-and-forward (DF) and randomize-and-forward (RF) schemes using partial relay selection method to enhance secrecy performance for secondary networks. In the DF protocol, the secondary relay would use same codebook with the secondary source to forward the source's signals to the secondary destination. Hence, the secondary eavesdropper can employ either maximal-ratio combining (MRC) or selection combining (SC) to combine signals received from the source and the selected relay. In RF protocol, different codebooks are used by the source and the relay to forward the source message secretly. For each scheme, we derive exact and asymptotic closed-form expressions of secrecy outage probability (SOP), non-zero secrecy capacity probability (NzSCP) in both independent and identically distributed (i.i.d.) and independent but non-identically distributed (i.n.i.d.) networks. Moreover, we also give a unified formula in an integral form for average secrecy capacity (ASC). Finally, our derivations are then validated by Monte-Carlo simulations.
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.49
no.10
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pp.47-53
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2012
Time-reversal (TR) precoding focuses the energy of the effective channel in time and improves receive performance of a single tap receiver. Frequency-domain equal-gain-combining (FD-EGC) TR scheme, which works in linear block precoding fashion, has better temporal focusing performance than the traditional TR. Also, the FD-EGC improves receive performance of minimum mean square error receiver with distributed antenna systems (DAS). The detailed receive performance of the FD-EGC was analyzed in our previous work. In this paper, we focused on capacity analysis of the FD-EGC in DAS. We derived a scaling law which shows how the use of multiple antenna can increase the capacity of the FD-EGC precoding compared with that of no precoding. In addition, we analyze the secrecy rate of the FD-EGC which shows how high-rate messages can be transmitted towards an intended user without being decoded by the other users from the view point of information theoretic security.
In this work, the secrecy of a typical wireless cooperative dual-hop non-orthogonal multiple access (NOMA)-enabled decode-and-forward (DF) relay network is investigated with the impact of collaborative and non-collaborative eavesdropping. The system model consists of a source that broadcasts the multiplexed signal to two NOMA users via a DF relay, and information security against the eavesdropper nodes is provided by a helpful jammer. The performance metric is secrecy rate and ergodic secrecy capacity is approximated analytically. In addition, a differential evolution algorithm-based power allocation scheme is proposed to find the optimal power allocation factors for relay, jammer, and NOMA users by employing different jamming schemes. Furthermore, the secrecy rate analysis is validated at the NOMA users by adopting different jamming schemes such as without jamming (WJ) or conventional relaying, jamming (J), and with control jamming (CJ). Simulation results demonstrate the superiority of CJ over the J and WJ schemes. Finally, the proposed power allocation outperforms the fixed power allocation under all conditions considered in this work.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.39B
no.11
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pp.803-809
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2014
In this paper, we investigate physical layer security in a cooperative cognitive radio networks (CRN) with a relay selection in the presence of a primary user and an eavesdropper. To protect the CRN from wiretapping by the eavesdropper, we propose employing an opportunistic relay selection scheme and multiple antennas at the destination that work based on the availability of channel state information at the receivers. Under these configurations, we derive an exact closed-form expression for the secrecy outage probability of the CRN, and also derive an asymptotic probability. Numerical results will be presented to verify the analysis.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.21
no.11
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pp.2022-2028
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2017
Recently, the energy shortage of sensors and the leakage of private information are considered as serious problems as the number of sensors is increasing due to the technological advance in Internet-of-Things. RF energy harvesting, in which sensors collect energy from external RF signals, and physical layer security become increasingly important to solve these problems. In this paper, we propose a time switching-based network analog coding for improving information security in wireless networks where the relay can harvest energy from source signals. We formulate 2-hop relay networks where an eavesdropper tries to overhear source signals, and find an optimal time switching ratio for maximizing the minimum required secrecy capacity using mathematical analysis. Through simulations under various environments, it is shown that the proposed scheme improves the minimum required secrecy capacity significantly, compared to the conventional scheme.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.14
no.1
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pp.422-436
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2020
In this paper, we investigate the impact of antenna correlation on secure transmission in a multi-eavesdropper single-input multiple-output (SIMO) system, where the receiver and eavesdroppers are equipped with correlated antennas. Based on the practical passive eavesdropping system, the new closed-form expressions of secrecy outage probability (SOP) and non-zero secrecy capacity probability are derived to explore the effect of antenna correlation on the system with multiple eavesdroppers. To further analyze the secrecy performance of the investigated system, we theoretically derive the expression of asymptotic SOP to clearly show the diversity order and array gain. Finally, Monte Carlo simulations verify the effectiveness of our theoretical results.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.9
no.1
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pp.260-279
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2015
In this paper, we investigate physical layer security for multiple decode-and-forward (DF) relaying underlay cognitive radio networks (CRNs) with fixed transmit power at the secondary network against passive eavesdropping attacks. We propose a simple relay selection scheme to improve wireless transmission security based on the instantaneous channel information of all legitimate users and the statistical information about the eavesdropper channels. The closed-form expressions of the probability of non-zero secrecy capacity and the secrecy outage probability (SOP) are derived over independent and non-identically distributed Rayleigh fading environments. Furthermore, we conduct the asymptotic analysis to evaluate the secrecy diversity order performance and prove that full diversity is achieved by using the proposed relay selection. Finally, numerical results are presented to verify the theoretical analysis and depict that primary interference constrain has a significant impact on the secure performance and a proper transmit power for the second transmitters is preferred to be energy-efficient and improve the secure performance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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