时间反演联合接收端人工噪声的安全传输方案

针对时间反演(time reversal, TR)技术无法较好地解决聚焦区内非法用户窃听的问题,提出了一种TR技术联合接收端人工噪声的物理层安全传输方案。首先,利用时间反演技术的空时聚焦性提高合法用户接收端的信噪比(signal to noise ratio, SNR)。其次,通过在接收端加入人工噪声来干扰非法用户对合法用户保密信息的窃听,以聚焦区内外系统安全性能为基础,推导出保密信干噪比(signal to interference plus noise ratio, SINR)、可达保密速率和误码率(bit error rate, BER)的解析表达式。最后，通过仿真分析证明了所提方案能提高系统的SINR和可达保密速率,同时还能降低合法用户的BER，使系统拥有更好的安全性能。     

基于李雅普洛夫优化的TRAN-SWIPT能效安全传输方案

针对无线通信能量受限设备安全问题,提出了采用时间反演和人工噪声的无线协能传输方案(time-inversion and artificial noise simultaneous wireless information and power transmission ,TRAN-SWIPT),来提高能量受限无线供电网络的保密性能。该方案在多天线源处应用时间反演(time reversal,TR)技术,利用TR技术的空时聚焦性,使得无线信号聚焦到目的地,增大无线能量收集;此外,在能量受限的目的地采用能量收集和自干扰人工噪声操作,以延长设备使用寿命以及混淆窃听者;最后,通过李雅普洛夫(Lyapunov)算法优化时间分配因子、发送端发送功率和自干扰人工噪声发送功率使保密速率达到最大。通过理论分析与仿真证明了所提方案的能效性与保密性。     

无信号内干扰的降噪多用户CDSK混沌通信系统

针对传统的相关延迟键控(correlation delay shift keying, CDSK)方案误码率(bit error rate, BER)高的缺点,提出一种无信号内干扰的降噪多用户CDSK(noise reduction multiple-user CDSK)混沌通信系统。在发送端,参考信号长度为R的混沌序列复制P次所得,之后分为两路,利用Walsh码序列的正交性,使得每路中参考信号与N个信息信号之间彼此正交,并结合正交调制进一步提升数据传输速率。在接收端,接收信号利用滑动平均滤波器降低噪声方差,并进行相关解调。对该系统在加性高斯白噪声(additive white Gaussian noise, AWGN)信道和两径Rayleigh衰落信道中进行了BER公式推导与仿真分析,结果显示该系统能够有效地提升BER性能与数据传输速率。     

无信号内干扰的降噪多用户CDSK混沌通信系统

针对传统的相关延迟键控(correlation delay shift keying, CDSK)方案误码率(bit error rate, BER)高的缺点,提出一种无信号内干扰的降噪多用户CDSK(noise reduction multiple-user CDSK)混沌通信系统。在发送端,参考信号长度为R的混沌序列复制P次所得,之后分为两路,利用Walsh码序列的正交性,使得每路中参考信号与N个信息信号之间彼此正交,并结合正交调制进一步提升数据传输速率。在接收端,接收信号利用滑动平均滤波器降低噪声方差,并进行相关解调。对该系统在加性高斯白噪声(additive white Gaussian noise, AWGN)信道和两径Rayleigh衰落信道中进行了BER公式推导与仿真分析,结果显示该系统能够有效地提升BER性能与数据传输速率。     

改进型正交多用户降噪差分混沌键控通信系统

针对差分混沌移位键控(differential chaos shift keying, DCSK)系统传输速率低和误码率(bit error rate, BER)性能差的缺点, 提出一种改进型正交多用户降噪DCSK(improved orthogonal multiuser noise reduction DCSK, IOMU-NR-DCSK)通信系统。发送端将长为R的混沌序列复制P次作为参考信号, 然后再扩展两路, 通过希尔伯特变换使每路多传输N bit用户信息, 并结合正交调制传输经Walsh码调制后的信息信号。接收端利用滑动平均滤波器对信号进行平均操作来降低噪声方差。在加性高斯白噪声(additive white Gaussian noise, AWGN)信道和多径Rayleigh衰落信道下推导了IOMU-NR-DCSK系统的BER公式并进行仿真分析。结果表明, 在相同条件下该系统的数据传输速率比多用户DCSK(multiuser DCSK based on Hilbert transform, HMU-DCSK)系统提升了约50%, BER性能提高了近2 dB。     

信杂噪比约束下基于互信息的雷达波形设计

在发射信号能量有限情况下, 雷达性能界定了信杂噪比(signal to interference plus noise ratio, SINR)的作用范围, 而雷达波形设计就受到SINR的约束。对此, 以提升认知雷达目标估计性能为目标, 根据相对熵的非负性条件, 从理论上推导了互信息的边界和SINR的作用阈, 并在信号相关杂波环境下, 提出一种SINR约束下基于最大化互信息的波形设计方法。仿真验证了互信息和SINR之间的单调递增、阈值限定和相互约束关系, 结果表明SINR约束下的优化波形能更充分利用发射能量, 在有目标且杂波弱的频率点提取目标信号。     

基于天线分组的携能中继的保密传输方案

由一个单天线的源节点、目的节点和一个多天线的中继节点组成的存在窃听节点的两跳无线网络,研究其在中继节点能量收集约束下的物理层保密传输方案。窃听节点的位置和信道状态不可知,采用由目的节点在第1跳时发送人工噪声进行协作干扰的方式保护两跳传输中保密信息。中继节点采用携能通信工作模式,从接收的信号和人工噪声中提取能量用于信号的转发。第1跳时,中继节点的天线分为两组,分别用于保密信号的接收合并和能量的收集。在第2跳时,中继节点利用所有天线采用波束赋形技术转发信号。由于不能获得窃听信道状态信息,因此以最大化目的节点的速率为目的,对中继节点的转发波束赋形矢量进行优化,并给出一种次优的低复杂度的天线分组策略。仿真结果表明,提出的方案能获得可观的保密速率,提出的天线分组策略的性能明显优于功率分裂策略。     

噪声鲁棒变步长LMS算法及其在OFDM水声信道均衡中的应用

针对最小均方(least mean square, LMS)算法在低信噪比(signal to noise ratio, SNR)条件下性能较差的问题,提出一种噪声鲁棒变步长LMS(noise robust variable step-size LMS, NRVSLMS)算法。该算法通过结合改进的双sigmoid函数和误差信号自相关函数,在迭代过程中动态调整步长的大小,解决了传统LMS算法中收敛速度、跟踪性能和稳态性能互相矛盾的问题。理论分析和仿真结果表明,与其他变步长算法相比, NRVSLMS算法抗噪声能力强,具有良好的跟踪速度和稳态性能。将该算法应用于正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM)水声信道均衡中,与现有LMS类自适应均衡方法相比,基于NRVSLMS算法的信道均衡方法能够显著降低系统误码率(bit error rate, BER)和均方误差(mean square error, MSE)。     

稀疏码分多址收发端改进方案的设计

为降低传统稀疏码分多址接入(sparse code multiple access, SCMA)系统的译码复杂度, 同时保证系统误比特率(bit error ratio, BER)性能, 考虑信道质量因素提出SCMA系统收发端改进方案。在接收端, 提出基于信道质量动态选择节点改进消息传递算法(message passing algorithm, MPA), 在串行策略基础上对节点更新顺序进行合理排序, 减少算法迭代次数, 以降低译码复杂度; 同时为补偿付出的BER性能代价, 在发送端基于信道质量设计动态自适应更新因子图方案, 为用户节点匹配高信道增益的资源节点组合, 并且考虑到用户的公平性, 令上轮更新因子图时信道增益最低的用户节点优先匹配。仿真实验证明, 所提改进方案在保证BER性能和各用户公平性前提下有效降低系统译码复杂度。     

VHF/UHF通信电台接收链路中的干扰抑制合并方法

考虑一发两收甚高频/特高频(very high frequency/ultra high frequency, VHF/UHF)通信电台接收链路存在的同频强干扰, 针对传统抗干扰方法需精确估计信道参数的难题, 提出一种基于决策的干扰抑制合并(decision-based interference rejection combining, D-IRC)方法。通过解析式定量分析了D-IRC输出信干噪比(signal to interference plus noise ratio, SINR)与输入SINR的关系, 定义了干扰抑制功率失效区, 并给出了D-IRC最优输出的选择策略。仿真结果表明, 在信道参数未知场景下, D-IRC方法的决策输出性能优于传统干扰抑制合并(interference rejection combining, IRC)和最大比合并(maximal ratio combining, MRC)方法, 同时失效区测度关系与理论分析一致。研究结果可为对抗环境下VHF/UHF电台抗干扰提供理论参考。     

期望接收机和窃听接收机位置相邻物理层安全通信方案

针对期望接收机和窃听接收机位置相邻,即期望信道和窃听信道高度耦合的情况下安全无线通信问题,提出了基于频控阵的物理层安全通信方案。首先,考虑窃听接收机位置已知,通过自适应遗传算法得到发射阵元间最优时不变频率增量,最大化系统的保密容量;同时,在基带信号中添加人工噪声,降低窃听端的信噪比。其次,改进优化方案,实现窃听端未知情况下的安全通信。最后,进行仿真对比实验,验证了方案的安全性能。     

减小信道编码安全间隙的两次加扰方案

安全间隙是衡量安全信道编码保密性能的重要参数,目前相关研究主要考虑误比特率(bit error rate, BER)安全间隙,未考虑误字率(word error rate, WER)安全间隙。为同时减小安全信道编码BER和WER安全间隙,提出一种两次加扰方案。在发送端信道编码器前后各设置一个加扰器,相应在接收端信道译码器前后各设置解扰器,同时增大低信噪比区域的接收BER和WER,减小BER和WER安全间隙。对方案的差错概率进行了理论分析,并对信道编码采用BCH码时系统的性能进行了仿真。理论和仿真结果表明,相较于采用相同信道编码和外扰码器的方案,所提方案在减小WER安全间隙的同时也减小了BER安全间隙。     

新型正交降噪CDSK通信系统

针对置换相关键控(permutation correlated shift keying, PCSK)存在信号间干扰且误码率(bit error rate, BER)较高的问题, 对其进行改进并提出了新型正交降噪相关延迟移位键控(quadrature noise reduction correlation delay shift keying, QNR-CDSK)通信系统。通过设计一种新的正交混沌信号发生器, 产生两路严格正交的混沌信号, 将这两路信号分别作为参考信号和信息承载信号并复制P次后叠加传输, 从而消除信号间干扰。随后使用滑动平均滤波器对接收信号进行滤波处理, 降低系统BER。最后在加性高斯白噪声信道和瑞利衰落信道下推导了系统的BER, 并进行蒙特卡罗仿真验证其性能。结果表明, 与PCSK系统相比, 该系统具有更好的BER性能, 为混沌通信的实际应用提供了参考价值。     

无信号内干扰的MAMU-CDSK混沌通信系统

针对相关延迟键控(correlation delay shift keying, CDSK)系统误码性能差的缺点,提出无信号内干扰的多进制多用户CDSK(multiple ary multiple user CDSK with no intra signal interference, NISI-MAMU-CDSK)混沌通信系统。该系统能够传输多个用户的数据信息,并将各个用户的数据信息由二进制码元经分组后映射为多进制码元,同时通过编码一组相互正交的Walsh码序列来代替CDSK系统的延迟结构,使得解调时能够消除信号内干扰。推导了在加性高斯白噪声信道和Rayleigh衰落信道中的误码率公式并进行了蒙特卡罗仿真实验。理论分析与仿真结果表明:NISI-MAMU-CDSK系统有效提高了误码性能和传输速率,在混沌通信领域有很好的实际应用价值。     

降噪改进型多载波CDSK混沌通信系统

由于传统相关延迟移位键控(correlation delay shift keying, CDSK)系统误码率(bit error rate, BER)较高, 提出一种降噪改进型多载波CDSK(noise reduction improved multi-carrier CDSK, NR-I-MC-CDSK)混沌通信系统。在发送端, 利用编辑器对混沌信号发生器进行改进, 使得每一路信息信号在一帧内可以传输2 bit, 并结合多载波技术, 每个复帧可传输2N bit。在接收端, 采用滤波器降噪的方法来减少判决变量中干扰项的方差, 之后通过过零解调出对应的信息比特。利用两种不同的信道模型, 对系统在理想信道情况以及实际信道情况下的信号传输过程进行了研究, 并推导了系统在不同信道条件下的BER公式, 最后对系统进行了仿真与性能分析, 结果显示所提出的混沌通信系统在BER和数据传输速率方面具有较好的性能。