无线多跳压缩感知协作网络的物理层安全研究

协作通信可以有效提高物理层的安全性能,而多跳协作通信可以增大系统的传输距离及削减传输过程中造成的信号衰落.现有的方法大部分都需要已知窃听信道状态(ECSI)来分析协作通信系统的安全性能.在实际应用中,这个先决条件往往难以满足.将压缩感知中的测量矩阵用作加密方式可以有效保障系统的安全性.多跳压缩感知解码转发(MCS-DF)方案是一种不需要已知ECSI的安全通信协作机制.该机制将系统的传输过程等效为压缩感知中的测量过程,实现压缩和加密.研究结果表明,当窃听节点个数小于跳数时,即使主信道条件差于窃听信道条件也可以实现安全通信.     

基于压缩感知的协作系统物理层安全分析

将压缩感知技术引入协作通信系统中研究其物理层安全问题.在多源多中继协作通信系统中,将源节点通过中继节点到目的节点,源节点到窃听节点的信道矩阵作为压缩感知的测量矩阵,目的节点和窃听节点可以采用信号重构算法进行重构.通过系统仿真证明,窃听节点存在对信道估计存在误差,合法目的节点的重构性能优于窃听节点,可以达到安全传输.     

多中继物理层网络编码系统加密设计及安全性能研究

多中继通信系统信息传输过程复杂,存在吞吐率下降、误码率高、安全性能差等问题.针对以上问题,提出多中继物理层网络编码系统与密钥加密技术联合设计的解决方案.首先,阐述三中继双向物理层网络编码系统加密传输的工作机制;然后,构建三中继物理层网络编码与LDPC码、加密算法联合通信模型,设计适应多路信号叠加的中继映射解决方案,推导出该系统的置信传播译码算法公式.实验仿真结果表明,采用的密钥加密技术能有效保证系统数据传输安全性,降低因多中继系统信息传输与信道窃听带来的性能损失;同时,LDPC编译码提升了该系统的译码准确率,系统解密能力得到改善,从而有效提高了多中继通信系统数据传输的有效性、可靠性.     

基于压缩感知的水声传感网络通信方法

现有研究主要针对单个传感器节点发送数据的情形,传输效率不高,而多个传感器节点同时发送数据,可以提高传输效率,但存在用户数据之间的干扰.将压缩感知应用于水声传感网络中,提出一种可实现多节点同时传输数据的大容量协作通信方法,利用传感器节点数据的稀疏特性,将多个源节点数据同时传输等效为压缩感知中的测量过程,证明了多节点并发传输过程的传输特性可以满足压缩感知中的测量矩阵的约束等距性要求.目的节点通过重构算法,可以恢复多个并发传感器节点的数据.     

一种多点协作压缩感矢卩信道估计伪随机导频图案生成算法

为了减少集中式/协作式/云计算无线接入网(centralized,cooperative,cloud radio access network,C-RAN)平台多点协作通信的信道估计中插入导频的数量,引入了压缩感知技术,进而提出一种伪随机导频图案生成算法,生成一种导频图案设计方案.由该算法生成的导频图案能满足压缩感知的观测矩阵条件,可以使得收发两端能同步计算出导频位置信息,克服了传统压缩感知信道估计因采用随机导频图案使得接收端很难确定导频的插入位置信息,进而很难分离导频与数据的问题.此外,该算法还能根据实际硬件条件,在性能与计算时间上进行权衡.通过在数字信号处理(digital signal process,DSP)芯片上进行硬件验证和Matlab软件上进行仿真验证,仿真结果表明,在C-RAN平台的多点协作通信的信道估计中,提出的方案具有较好的性能.     

认知无线电系统中联合优化资源分配算法

在认知无线电系统中,次用户能够利用感知到的已授权频段进行通信,只要其传输过程对主用户通信引起的干扰处于主用户可以忍受的程度之内。协作中继方案能够利用中继节点的传输来有效提高频谱的利用率,并增强了直接链路的传输能力。文中研究在一个三节点的认知无线电网络中基于协作中继传输时的资源分配问题,为了保证在认知用户对主用户干扰可容忍的前提下使得通信系统端到端的可达吞吐量最大,提出了一种联合优化功率分配和信道分配的方案。仿真结果显示,相对于单独进行功率分配或者信道分配情况下该方案能够有效提高认知无线电系统端到端的传输性能。     

加密语音在GSM话音业务信道传输的一种实现方法

移动通信系统的安全现状引发了移动语音安全课题的研究,语音加密是实现端到端语音安全通信的有效措施,但是加密后的语音数据不能直接在移动话音信道中传输.给出了加密语音在GSM话音业务信道中传输的一种实现方法,并针对GSM全速率RPE-LTP声码器,采用语音信号线性预测分析与合成技术,设计了类语音调制解调器,能够实现加密语音数据与类语音信号的可靠转换,解决了加密数据接入移动通信网的问题,并克服了GSM系统代码转换机制及话音激活检测(VAD)模块带来的不利影响,为加密语音在移动话音信道的传输提供了可能.     

多信道节点分布式协作MAC协议的研究

当前协作通信是现实条件下实现分集增益的关键技术,单天线节点通过相互协作传输信息实现空间分集可有效提高系统的整体性能。在协作通信研究中,协作节点的选择非常重要,选中好的协作节点可以极大地提高数据传输速率与效率,但是针对完全分布式无线网络多信道数据传输情况下,考虑到系统整体性能最优的协作节点分配和选择问题,并没有得到很好的研究。由此本文提出了一种基于协作增量值（CIV）的协作MAC协议（命名为CIV-MAC）。在CIV-MAC中,备选协作节点通过侦听多路信道控制帧获得信道状态信息（CSI）,并计算自身CIV;根据节点的CIV,协议会实行协作节点分配和选择机制并选出最优的协作节点,同时通过采用最小功率控制算法来降低系统能量消耗。最后,以网络实际有效吞吐量和能量效率两个参数为网络性能指标,通过两个不同场景的仿真实验结果得到,相对于RBAR协议和CRBAR协议,CIV-MAC可以极大地提升系统性能。     

联合多层WFRFT与人工噪声的抗截获通信技术

针对卫星通信安全性不高、易被截获的问题,提出一种多层加权类分数阶傅里叶变换(WFRFT)与人工噪声联合的卫星抗截获通信技术.首先,对WFRFT进行改进,提出多层WFRFT,并用其调制对信号进行加密,同时与多入多出(MIMO)技术相结合,使调制信号具有多个调制阶数而加密性更强;其次,通过在合法信道的零子空间上加入人工噪声来恶化窃听方的信道质量,并对人工噪声功率占比进行了优化设计,使得合法方误码率(BER)性能满足通信需要的同时,能够极大降低窃听方接收性能;最后,通过理论分析和仿真验证,表明采用WFRFT与人工噪声联合的抗截获通信技术,在合法方BER曲线右移小于1 dB时,可使得窃听方BER大于1×10~(-2),即基本不能正确解调信号,且此时系统仍具有较高的安全容量.     

一种自适应的协作频谱感知方法

在认知无线网络中,协作频谱感知技术可有效提高衰落信道下的检测性能,提高对主用户的保护程度以及认知用户的接入机会。在信道状态良好的情况下,参与协作的认知用户数越多,感知性能越好。而在实际的频谱感知过程中,如果感知信道条件较差的话,认知用户的本地感知结果并不准确,此时该认知用户的本地感知结果对于总的协作感知并不能起到积极的作用;其次,参与协作的认知用户数越多,发送本地决策值占用的系统带宽也越大。为了节约系统资源避免不必要的信令传输,本文提出一种自适应的协作频谱感知方法,只有当认知用户的感知信道条件较好时才将其本地感知结果发送到融合中心,否则不发送,以节约系统资源。最后,通过仿真验证了所提方法的有效性。结果表明,所提方法可有效节约系统开销。     

加密语音在GSM话音业务信道传输的一种实现方法

移动通信系统的安全现状引发了移动语音安全课题的研究,语音加密是实现端到端语音安全通信的有效措施,但是加密后的语音数据不能直接在移动话音信道中传输。给出了加密语音在GSM话音业务信道中传输的一种实现方法,并针对GSM全速率RPE-LTP声码器,采用语音信号线性预测分析与合成技术,设计了类语音调制解调器,能够实现加密语音数据与类语音信号的可靠转换,解决了加密数据接入移动通信网的问题,并克服了GSM系统代码转换机制及话音激活检测(VAD)模块带来的不利影响,为加密语音在移动话音信道的传输提供了可能。     

SC-FDE系统中基于压缩感知的海上稀疏多径信道估计方法研究

首先建立了适用于不同海情级、不同频段的海上船舶间通信时的多径信道模型,针对SC-FDE系统在海上多径信道上的传输,研究了基于压缩感知的稀疏信道估计方法,利用CHU序列作为导频设计了一种Toeplitz循环矩阵作为压缩感知的测量矩阵,结合稀疏度自适应匹配追踪信号重构算法提出了T-SAMP算法,分析比较了T-SAMP、正交匹配追踪算法和最小二乘法3种算法的归一化均方误差和误码率性能.仿真结果表明提出的T-SAMP算法可以在未知稀疏度的情况下对信道进行准确估计,比正交匹配追踪算法更具有实用性,而且获得了比最小二乘法更好的信道估计性能,且需要的导频数量较少,提高了频带利用率.     

基于协作干扰器的OFDM-CR保密通信系统功率控制

针对OFDM-CR系统中认知收发信机在独立并行高斯窃听信道上的安全通信与功率控制展开研究。以无协作干扰器的OFDM-CR系统为对象,导出了最大化安全速率的认知发射机功率分配表达式;为了提高信道资源利用率,在OFDM-CR系统中引入协作干扰器,并讨论最大化安全速率的联合认知发射机与协作干扰器功率控制策略。首先不考虑主用户干扰约束,分析引入协作干扰器能获得安全速率增益的信道条件,并计算各子信道固定发射功率下的干扰功率,然后将安全速率最大化模型用混合整数非线性规划近似,基于启发式贪婪算法求解其次优解,最后就提出的功率控制策略与其他几种典型的功率控制策略进行了性能对比仿真,结果表明,提出的功率控制策略在不同条件下均有性能提升。     

光纤通信的保密及抗干扰问题浅析

光纤通信系统中使用的光波波长很短,频率很高,传输频带很宽,在保密方面性能好,在抗干扰方面能力强,而且便于采用数字通信方式.采用数字通信后,可以对数字信号实施数字加密,使窃听难度增加.对于商业、军事等涉及保密领域通信方面,光纤通信无疑是一种最安全、最可靠的保密抗干扰通信手段.     

宽带认知无线电中高效协作频谱压缩感知方案

文中将压缩感知、协作频谱感知、数据融合方法结合在一起,提出了一种新型高效协作频谱感知方案.除采用协作检测概率、协作虚警概率来衡量单个子信道的频谱感知性能外,还提出了系统无空率、系统误阻率两个概念以衡量整个宽带认知系统的频谱感知性能.仿真结果表明压缩感知理论可在近乎完美地重建信号的情况下有效地减少处理的数据量.     

基于压缩感知的Logistic多涡卷混沌保密通信

针对异步数字保密通信系统通信安全的问题,提出了基于压缩感知的逻辑(Logistic)多涡卷混沌保密通信方法.首先对一维Logistic映射进行改进,并引入多涡卷思想,生成两段式Logistic混沌映射,然后引入压缩感知理论,通过压缩感知方法实现伯努利(Bernoulli)分布的伪随机序列,得到基于压缩感知信号矩阵的通信模型.实验仿真结果表明,该方法优于Bernoulli随机信号矩阵,提高了重构信号峰值的信噪比,基于该方法的保密通信系统对信道噪声具有较强的抗干扰性和重构信号增益,可以完整还原数字信号,从而进一步证实了基于该重构矩阵信号的数字保密通信系统是有效的.     

随机分布多跳协作分集系统中断性能研究

针对解码转发(DF)多跳分集系统不能满足空间满分集和通信终端移动性不足的问题,构造了一种随机分布中继多跳协作分集系统模型.根据模型提出新的改进的选择性解码转发(SDF)算法,推导了在高信噪比条件下选择解码转发(SDF)中继系统的中断概率近似表达式.仿真结果表明在随机分布多跳协作分集系统中,SDF较DF相比能够有效提高此系统的传输可靠性,并能获得空间满分集增益.同时,得出此通信系统性能随着中继选择区域覆盖半径的增加而有所改善.     

随机分布多跳协作分集系统中断性能研究

针对解码转发(DF)多跳分集系统不能满足空间满分集和通信终端移动性不足的问题,构造了一种随机分布中继多跳协作分集系统模型.根据模型提出新的改进的选择性解码转发(SDF)算法,推导了在高信噪比条件下选择解码转发(SDF)中继系统的中断概率近似表达式.仿真结果表明在随机分布多跳协作分集系统中,SDF较DF相比能够有效提高此系统的传输可靠性,并能获得空间满分集增益.同时,得出此通信系统性能随着中继选择区域覆盖半径的增加而有所改善.     

认知无人机网络中多机协作频谱感知研究

多无人机协同工作模式在未来通信中有着重要的应用前景。结合频谱资源短缺的问题,建立认知无人机网络模型,并研究多机协作频谱感知性能,提出一种最佳融合准则来优化检测性能。针对无人机数量较多的大型认知无人机网络,提出一种快速高效的协作频谱感知算法,并比较该算法在瑞利衰落以及Nakagami衰落2种信道环境下的性能。仿真结果表明:①采用最佳融合准则可以使协作频谱感知总错误率达到最小;②快速协作频谱感知算法可以利用较少的无人机来保证协作频谱感知的检测准确度,避免了不必要的感知过程,减少了参与协作频谱感知的次级用户数量,降低了协作感知时间,从而节省了感知过程开销,而且相比于瑞利衰落信道,该算法在Nakagami衰落信道环境下具有更好的性能。     

基于协作干扰器的OFDM-CR保密通信系统功率控制

针对OFDM-CR系统中认知收发信机在独立并行高斯窃听信道上的安全通信与功率控制展开研究。以无协作干扰器的OFDM-CR 系统为对象,导出了最大化安全速率的认知发射机功率分配表达式;为了提高信道资源利用率,在 OFDM-CR 系统中引入协作干扰器,并讨论最大化安全速率的联合认知发射机与协作干扰器功率控制策略。首先不考虑主用户干扰约束,分析引入协作干扰器能获得安全速率增益的信道条件,并计算各子信道固定发射功率下的干扰功率,然后将安全速率最大化模型用混合整数非线性规划近似,基于启发式贪婪算法求解其次优解,最后就提出的功率控制策略与其他几种典型的功率控制策略进行了性能对比仿真,结果表明,提出的功率控制策略在不同条件下均有性能提升。