单窃听双跳协作网络的中继选择方案及其性能分析

研究了安全通信意义下,单向译码转发（decode-and-forward,DF）协作无线网络的中继选择问题。针对窃听者既能获得信源发出的信号,又能窃取中继节点转发数据的通信系统,提出了3种中继选择方案来对抗窃听者,增强系统物理层安全性。其中,方案一选择到窃听者信噪比（signal-to-noise ratio,SNR）最小的中继节点;方案二为最大最小（max-min）选择方案,即选择信源到中继节点和中继节点到信宿的较差信噪比中最大值所对应的中继节点;方案三根据窃听信道和主信道的瞬时信道状态信息（channel state information,CSI）选择使得窃听网络有最大保密容量的中继节点。在对各方案的性能分析过程中,得到了各中继选择方案拦截概率的闭式表示,进一步对拦截概率作渐近分析,获得了各中继选择方案的分集阶数。具体地,方案一的分集阶数为1,另外2个中继选择方案的分集阶数均为中继节点个数M。数值结果验证了理论分析得到的结论。     

Delayed error verification in quantum key distribution

Quantum key distribution （QKD） provides an unconditional secure key generation method between two distant legitimate parties Alice and Bob based on the fundamental properties of quantum mechanics, in the presence of an eavesdropper Eve. Since key reconciliation cannot always assure that the reconciled keys between Alice and Bob are identical, error verification is an important step in QKD. In this paper, we propose a scheme of delayed error verification using extra keys gained by privacy amplification with an arbitrarily small failure probability. The proposed scheme simplifies the postprocessing procedure in QKD, which can be applied in practical QKD systems.     

基于智能反射表面的中继协作安全通信技术

在传统中继协作的通信过程中,中继节点在对信号处理时,会放大中继节点自身的干扰信号。此外,现实通信场景中往往存在窃听节点窃取重要信息。智能反射表面具备无源反射特性,能对信号的相位进行调整,以及在处理信号时能减少干扰信号的产生。针对中继节点增大干扰信号和安全传输问题,提出了基于智能反射表面的中继协作安全传输技术。考虑通信场景中存在恶意窃听节点,且窃听链路与合法链路的相关性较高的情况下,通过部署智能反射表面将基站发送的信号反射给合法用户,提高系统的安全通信质量。为了解决保密速率表达式的非凸性,采用交替优化、黎曼共轭梯度下降的算法对波束形成向量及反射相位进行交替优化。最后,通过仿真结果验证在3 GHz高频段载波下,基于智能反射表面协作通信技术在数据传输、能效、安全方面的作用优于传统中继协作通信方法。     

Nakagami-m信道下双向中继选择的中断概率分析

在并行多双向中继通信系统中,提出了一种低复杂度的中断概率最优的中继选择策略,各个中继只需利用本地信道状态信息(CSI)进行分布式的选择.在Nakagami-m信道下分析了所提策略的中断概率性能,推导了系统中断概率的闭合表达式.仿真结果显示,该中继选择策略的中断概率性能在2种信道情况下均优于其他中继选择算法,且随着中继数的增加,所提策略可充分利用多中继分集提升系统中断概率性能.     

利用无线传播信道的安全空时网络编码

提出一种基于物理信道的安全空时网络编码方案。该方案利用信道互易性,将合法发送者和接收者之间共同的有效信道衰落系数作为安全密钥源。合法收发节点利用它们之间的信道生成密钥,并根据生成的密钥确定发送信号的旋转角度。旋转角度来自与发送符号相同的星座,使得旋转之后的符号仍然属于原来的星座点集合。由于窃听节点与合法收发对之间的信道是互相独立的,因此窃听节点很难获得合法收发节点之间的密钥。基于上述的星座旋转,所提安全空时网络编码能够保证各中继节点在异步传输的前提下,目的节点仍然获得满分集,而窃听节点不能获取任何有用信息。仿真结果验证了安全空时网络编码方案的合理性。     

基于实干扰对齐技术的两用户中继辅助信道的安全自由度分析

中继辅助信道是无线通信中的一种重要信道模型?针对源端与目的端有直接链路的两用户中继辅助干扰信道模型,2个合法发送端分别将保密信息通过中继发送给对应的期望接收端,而不希望被非期望接收端窃听到保密信息?结合实干扰对齐技术和协作干扰技术,从保密速率和安全自由度(secure degrees of freedom,S-DOF)2个指标来研究该模型的安全性能,使接收端能分离出期望信号,而非期望信号与协作干扰信号在接收端完美对齐?该方案中,中继采用放大转发的方式,同时发送一个协作干扰信号?然后设计实干扰对齐方案,分析得出系统的总安全自由度为1?     

频率选择性信道下空时分组码直接盲信号检测算法

针对空时分组码系统中训练序列的引入会降低系统传输效率的问题,提出了一种在频率选择性衰落信道下无需信道估计直接对空时分组码进行盲信号检测的算法.该算法在发射端采用线性预编码并且在接收端采用子空间方法进行解码.和已提出的其他盲信号检测算法不同,它可以在未知信道信息的情况下以满速率发送和接收信号并获得满的分集增益.该算法可以被推广到有任意发射天线数的空时编码结构.Monte Carlo仿真实验表明,该算法和使用准确信道信息的解码算法性能相近.     

双向中继通信系统中的信道信息反馈和用户选择性能分析

在多用户放大转发双向中继通信网络中,文章分别基于两种信道状态信息(CSI)反馈模式:无CSI反馈和存在基站-中继链路CSI反馈,推导了中断概率闭合表达式,并提出一种最优用户选择方法使平均和速率最大化.仿真结果显示,CSI的反馈有助于系统性能的提高,所提的用户选择方法能显著提升系统和速率.     

能量均衡的协作中继选择算法

为了最大化协作多中继通信系统的网络寿命,研究了在放大-转发(amplification-forward, AF)中继协作方式下网络寿命的折中优化问题,提出了一种最优能量均衡(optimal energy equilibrium, OEE)的中继协作节点选择方案。通过对AF中继每一跳接收端信噪比(signal noise rate, SNR)的计算,推导了AF两跳中继目的终端的误码率表达式,同时联合节点的剩余能量信息和信道状态信息(channel state information, CSI),利用能量均衡的思想,合理引入和设置优化因子来有效选择转发中继,延长网络寿命。理论分析和仿真结果表明,相比CSI中继选择和模糊综合评价(fuzzy comprehensive evaluation, FCE)中继选择方案,提出的中继选择方案不仅有效地提高了系统的网络寿命,而且在相同信噪比的情况下误码率性能有明显的改善。     

Secrecy rate analysis of dual-hop AF relay wiretap channel

An amplify-and-forward （AF） dual-hop relay is proposed for secure communication within Wyner＇s wiretap channel.Based on an information-theoretic formulation,the average secrecy rate is characterized when two legitimate partners communicate over a quasi-static fading channel.Theoretical analysis and simulation results show that both cooperative strategies of average power scaling （APS） and instantaneous power scaling （IPS） are proved to be able to achieve information-theoretic security,and eavesdropper is unable to decode any information.     

级联低密度校验码的差分酉空频调制技术

提出了一种新的级联低密度校验码的“差分酉空频调制”方案,该方案适用于收发端均未知信道状态信息的多输入多输出(OFDM)系统.“差分酉空频调制”是在发送天线与OFDM子载波之间进行“空频”编码,而在相邻两个OFDM码字之间进行差分调制,它可以充分利用多径衰落信道所提供的频率分集资源,不需要任何信道状态信息就能够获得最大的频率分集增益.由于其具有最大化的频率分集增益和较高的编码增益,故该方案的系统误码率性能远远优于新近研究文献中所提出的“差分酉空时调制”OFDM技术.在接收端提出了非相干迭代译码方案,其性能良好,同时译码复杂度相对较低.相应的仿真研究表明,该方案在“时频双选”信道下具有很强的鲁棒性.     

无线协作网络中存在干扰时的中继选择协议

针对无线协作网络中共道干扰影响中继选择的问题,提出一种存在干扰的中继选择协议(RSI).该协议以最小化系统中断概率为目标,选择具有最大瞬时端到端信干比的中继节点转发源节点信息,并且在考虑直接传输时,目的节点采用选择合并策略合并直接传输和中继传输,从而充分利用空间分集增益,降低了系统的中断概率.RSI协议不需要中继节点之间交互信息,通过竞争的方式完成数据传输,节省了系统开销,具有较好的实用性.仿真结果表明,在瑞利信道中,当中继节点个数为4、中断概率为10-2时,与最大最小中继选择协议相比,RSI协议能够取得约3~4 dB的信噪比增益.     

Opportunistic Video Communication over Cooperative Decode-Forward Networks

An opportunistic automatic repeat request (ARQ) scheme was developed to support high-quality video transmission over cooperative decode-forward networks. The opportunistic ARQ is implemented in the form of distributed space-time block codes (STBCs) and the desired STBC for a certain channel state is de-termined by the diversity-multiplexing tradeoff principle. With good channel states, the source and relay may jointly retransmit the lost video packets using high-rate low-diversity codes while with bad chann...     

基于LDPC码的BICM方案的性能研究

将LDPC码与比特交织编码调制(BICM)相结合,分别给出了在QPSK、8PSK调制方式下AWGN信道和Rayleigh衰落信道中的性能,并在Rayleigh衰落信道中分析了信道信息对于性能的影响．在译码端没有采用解调器和译码器之间的迭代,因此译码复杂度相对较低．仿真结果表明,BICM中采用LDPC码在AWGN信道和Rayleigh衰落信道中都具有较好的性能．     

基于压缩感知的MIMO-OFDM系统信道状态信息反馈方案研究

在MIMO-OFDM系统中,信道状态信息反馈技术是现在的研究热点。在研究了3GPP-LTE系统中使用的一些信道状态信息反馈方案的基础上,提出了一种基于最新的压缩感知技术的反馈方案。该方案中利用高速数字信道频域的稀疏性,通过压缩感知算法重建反馈的信道状态信息,有效减少了系统处理复杂度和传输的数据量。仿真证明,在反馈量相同的前提下,新方案的系统容量和误码率性能都优于传统的基于码本的反馈方案。     

基于深度学习的极化码串行抵消译码优化算法

针对5G场景下极化码串行抵消译码算法低输出高延迟的问题,提出加快串行抵消译码过程中深度学习译码器整体译码速度的方案。该方案根据信道极化理论计算不同子信道的可靠性,通过调整参数的不同取值,剪掉译码树上均为固定位的叶子节点所在的子二叉树,从而减少深度学习译码器的数量,加快了整体的译码速度。仿真结果表明,所提出的方案不仅具有和原串行抵消算法相同的译码性能,而且降低了极化码串行抵消深度学习译码的时间复杂度。     

多节点协同中继信道容量分析及功率分配

基于译码转发(DF)模式,在信道状态信息未知,源节点发射功率与各中继节点发射总功率分别受限于P1、P2的假设下,针对带直传(DT)和不带直传2种模型的多节点协同中继,进行了信道容量上下限的分析和推导。在功率限固定的情况下,分析了容量与中继节点数目之间的关系,给出了容量随中继节点数目增加而提高所需的条件。在功率限之和受限的情况下,获得了2个功率限的最佳分配。理论分析和仿真结果都表明:源到中继的信道条件较好时,只有当增加的新链路性能优于现有链路的平均值时才能提高容量;2种中继模型在功率限最佳分配下可获得最大容量。     

自适应发送MIMO-OFDM超宽带系统

基于发送端已知信道状态信息假设，提出了一种多人多出正交频分复用（MIMO-OFDM）系统优化功率加载方案．给出了MIMO-OFDMUWB系统模型及其相应的空时编码方法，提出基于OFDM子载波分组的功率加载机制及其代价函数．通过引入Karush—Kuhn—Tucker（KKT）伸缩因子及条件的拉格朗日乘子法求得功率加载的优化解，并给出了迭代过程．实验结果表明：其性能和复杂度介于经典满注水机制和分组平均信道信息有限反馈功率加载机制之间．此外，多天线分集增益明显改善了系统性能．     

Hybrid Forwarding in Cooperative Communications

A cooperative communication scheme was developed in which the relay node performs hybrid forwarding, where the relay node will not forward data for a transmission pair unless the corresponding direct transmission fails, and the relay node will not forward data for a transmission pair unless the quality of the channel between the corresponding source and the relay is good. A performance analysis of the outage probability and the diversity-multiplexing tradeoff for the scheme shows that the forwarding mechanism efficiently reduces fading in wireless channels by achieving full diversity order of magnitude improvement. A considerable signal-to-noise ratio gain is provided by this scheme compared with existing cooperation schemes with fixed forwarding. This flexible forwarding mechanism enables the scheme to provide the optimal diversity-multiplexing tradeoff performance.     

面向磁记录信道的原模图LDPC码译码器的FPGA设计

针对传统原模图低密度奇偶校验（low density parity check,LDPC）码在译码硬件实现中,由于采用随机扩展方式,导致数据拥塞和布线困难,继而产生译码延时和资源消耗的提高及吞吐量的下降问题,通过2步准循环扩展得到了适于硬件实现的码字结构,设计了一种面向磁记录信道的原模图LDPC码译码器。该译码器信息更新采用基于TDMP（turbo decoding message passing）分层译码的归一化Min-Sum算法使得译码器具有部分并行架构;同时为了降低译码时间及功耗,给出一种低资源消耗的提前终止迭代策略。硬件实现结果表明,该译码器的译码性能十分接近相应的浮点算法,在低资源消耗的前提下,工作频率可达183.9 MHz,吞吐量为63.3 Mbit/s,并可同时适用于多种原模图LDPC码。