WFRFT MIMO卫星抗截获通信系统

针对卫星通信安全性不高、易被截获的问题,提出一种采用加权类分数阶傅里叶变换(WFRFT)与多入多出(MIMO)技术相结合的卫星抗截获通信系统。系统采用多层WFRFT调制信号,WFRFT的层数与发射天线数目相同,每层WFRFT采用不同的调制阶数。原始信号经WFRFT调制后具有时频域特性,能有效抵抗参数扫描,MIMO能有效提高频谱利用率及系统容量。经理论分析,采用WFRFT-MIMO通信系统可以高效地恢复原始信号,同时窃听方无法截获信号。以2发1收天线为例,分别从合法方与窃听方误码率(BER)性能对比、接收性能与WFRFT阶数偏差关系进行仿真,当窃听方调制阶数误差均为0.1,信噪比为20dB时,其误码率为10-3,与合法方相差4dB。并通过对不同收发天线组的性能仿真,信噪比为10dB时,3发4收天线的性能较2发1收天线提高了4.5dB。     

基于改进Logistic相位扰码的抗截获通信

为进一步提高卫星信号的隐蔽性能,结合加权分数阶傅里叶变换(WFRFT)的星座混淆特性与混沌映射轨迹的抗截获特性,提出一种基于混沌加密的卫星物理层安全调制方案.通过扩展WFRFT加权项参数,增加了卫星信号处理的多样性,在此基础上引入逻辑斯蒂(Logistic)相位扰码,提高了信息破解的难度,利用改进型Logistic映射方法生成相位旋转因子.仿真结果表明:所提出的加密调制方法在保持原WFRFT信号的星座特征和统计特性的基础上,具有更好的抗截获特性,窃听者误码率始终保持在0.5左右.     

多发单收窃听信道中人工噪声辅助的鲁棒波束成形设计

针对无线通信物理层安全中合法用户接收的信息易受到非法窃听者窃听的问题,提出了一种人工噪声辅助的鲁棒波束成形(AN-RBF)设计方案。首先,利用信道估计分别获取发射端到合法用户的瞬时非理想信道状态信息(CSI)和发射端到窃听者的统计CSI;然后,在发射端向合法用户发送的信号中添加人工噪声,通过对有用信号和人工噪声进行联合优化,在满足发射功率控制和中断概率限制的约束条件下实现安全传输速率的最大化。AN-RBF方案发射端仅需获取窃听者的统计CSI,且发射端获取的合法用户的瞬时CSI是非理想的,系统开销少,另外,人工噪声的添加可以降低窃听者接收端信干噪比,提高多发单收(MISO)窃听信道中的安全传输速率。仿真结果表明,在20dB功率且仿真环境相同的情况下,所提AN-RBF方案的安全速率比各态同向人工噪声辅助方案提高了约2bit·(s·Hz)-1。     

基于Chirp-BOK扩频的水声通信系统

利用线性调频(Chirp)信号在水下通信中具有良好的抗噪声和抗多径特性,提出基于Chirp-BOK(binary orthogonal keying,二进制正交键控调制)扩频的水声通信系统。系统采用二进制正交键控调制以及匹配滤波接收器,利用正向调频信号和反向调频信号,结合BOK调制技术,实现适合水声环境的扩频通信系统。噪声信道和多径信道下的仿真实验结果表明,该系统具有良好的抗噪声和抗多径性能,适用于水声系统的扩频通信。     

基于跳频的改进加权分数阶傅里叶变换

为提高4项加权分数阶傅里叶变换(WFRFT)的安全性能,提出了一种基于跳频的改进加权分数阶傅里叶变换.通过子载波跳频的方法打乱传统WFRFT中离散傅里叶变换(DFT)矩阵列的顺序,从而使加权傅里叶变换矩阵的周期以及加权系数的周期在跳频序列的影响下呈现多样性,提高其抗截获的性能.仿真结果表明:改进后的FH-WFRFT能够在参数信息被窃听方获取的情况下保护传输信息的安全,相比传统的WFRFT具有更好的抗截获性能.     

人工噪声辅助的保密通信及其窃听算法

无线网络的开放性使得其信息传输的安全性面临更大挑战。一种通过在窃听信道发射人工噪声来干扰窃听者的方法被广泛研究,并用于保障物理层安全通信。分析了人工噪声方法的不足,推导了其安全通信的必要条件,提出一种有效的窃密算法来对抗该安全机制。该算法中,当窃听者拥有比发射机更多数量的天线时,可以抑制接收到的人工噪声,且能采用复值独立分量分析(independent component analysis,ICA)将私密信息截获。数值仿真验证了该窃密算法能够对抗人工噪声、获得良好的窃听效果。     

基于网络编码和安全极化码的无线抗窃听传输技术

由于无线通信的信道开放性和信号广播性,使其在服务合法用户的同时易受到非法用户的窃听。针对这一问题,结合网络编码技术和安全极化码技术,以随机线性网络编码对信源码块进行编码生成内码,通过计算极化码巴氏参数进行信道分集并选取安全比特信道,构造安全极化码作为外码,从而形成级联信道编码结构。仿真结果显示,当主信道信噪比为10 dB时,该方法与传统安全极化码都可以为合法接收方提供较好的通信服务;文中方法采用8 bit有限域时,只需窃听信道信噪比退化2.5 dB,即可使得窃听信道的误码块率逼近1,相较传统极化码方法所需的4 dB窃听信道信噪比退化,可更好地进行抗窃听传输。     

加权分数傅立叶变换通信系统抗参数扫描及星座分裂性能分析

针对现有基于加权类分数傅立叶变换系统的信号特征,以衡量单参数WFRFT信号抗参数扫描特性为目的,给出了非目的接收机存在变换参数误差条件下的等效信噪比.在单参数WFRFT系统的基础上,类比多径信道下的单载波信号星座图特征,研究了多参数WFRFT的信号的星座分裂特性.多参数WFRFT系统不但可以提高单参数系统抵抗参数扫描检测的能力,同时其具有的分裂调制星座图的特点还能有效隐藏原始调制方式.     

混沌子载波调制的正交频分复用安全通信系统

混沌序列用于安全通信具有潜在的优势,但目前已提出的混沌通信系统在实际信道环境(噪声,多径)下性能较差。本文提出一种基于符号动力学及混沌映射反向迭代的混沌调制技术,产生的混沌调制信号代替传统的或调制信号作为子载波调制信号进行正交频分复用(),接收端采用改进的维特比算法进行混沌序列估计及信息的解调。仿真结果验证该系统具备良好的安全性能与抗多径性能。     

无线多跳压缩感知协作网络的物理层安全研究#br#

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.     

对流层散射信道下MIMO-OFDM系统性能分析

针对对流层散射信道下的通信存在信号微弱和多变的问题,采用MIMO-OFDM技术能够有效解决。论文分析了对流层散射信道的突出特性,建立了散射信道模型;在MIMO-OFDM系统模型基础上,结合实际进行了参数选取,搭建了散射信道下MIMO-OFDM系统实验平台;在验证散射信道下MIMO-OFDM系统性能的基础上,对不同传输速率和不同调制方式在同一散射信道下的系统性能进行了仿真分析。仿真结果表明,MIMO-OFDM在高速率信号传输情况下带来的信道容量的提升是明显的,在满足系统BER要求前提下,能够实现高速率散射通信;在高速率传输时,64QAM调制更加有利于降低散射通信中的BER,而BPSK、QPSK和16QAM调制方式差别不大。该仿真为散射通信设备中多速率多体制调制解调器设计与优化提供了思路,为实现大容量高可靠度散射通信提供了方向指导。     

矢量多载波多元差分混沌移位键控在水声信道下的性能研究

水声信道具有严重的时频双选择衰落特性,使得设计性能稳健的水声通信系统极为困难。为了克服水声信道时频双选择衰落带来的信道难以跟踪的挑战,提出一种采用非相干检测的多载波混沌通信系统,该系统基于差分混沌移位键控,将参考信号以及经扩频调制的信息承载信号当作矢量组,对这些矢量组进行离散傅里叶逆变换(inverse discrete Flourier transform, IDFT)完成多载波调制,经串-并转换后输出。在时频双选择性衰落信道下的仿真表明该系统具有良好的抗多普勒频移的特性,此外,在仿真水声信道和实测水声信道下的实验结果表明,该系统在水声信道下能够获得稳健的性能,相对于已有的多载波多元差分混沌调制方案,具有更好的抗时频双选择衰落的性能。     

基于异步迭代联合收发算法的MIMO PLC安全

为避免电力线通信网的广播特性所带来的信息泄露风险,提出一种基于异步迭代算法的联合收发结构的物理层安全传输策略.在确保窃听者对秘密信号解码的均方误差高于所设定门限值以及发射功率约束的前提下,基于总体均方误差最小化准则,设计了采用异步迭代算法的联合收发机,从而求解出预编码矩阵和解码矩阵.仿真实验表明:在电力线信道环境下,所提出的联合收发方法可恶化窃听者的均方误差性能,使得窃听者安全速率为零,并且保证合法收发对安全速率为正,防止秘密信息被窃听.     

基于多目标遗传模拟退火算法的方向调制

为实现对自由空间中任意期望方向的物理层安全通信,提出了一种运用多目标函数遗传模拟退火算法的方向调制方法.文中建立以通信信号误码性能和星座图畸变程度为指标的2个遗传目标函数,并结合模拟退火算法以避免遗传算法易陷入局部最优,使得发射信号在合法用户方向与期望星座图相同,而窃听用户方向上星座图产生极大程度的畸变.仿真结果表明:所提方向调制方法与现有基于遗传算法、粒子群算法、多目标遗传算法方向调制方法相比,具有更窄的误码率波束宽度,所提出的多目标方向调制物理层安全通信信号具有更强的防窃听性能.     

基于喷泉码的防窃听编码设计

针对无线通信的安全性,提出一种与物理层喷泉码编码相结合的防窃听方法。利用增加人工噪声破坏窃听者喷泉码MP译码顺序,在保证主信道正常通信情况下,大幅度增加了窃听者的误码率,使其难以正常窃取信息,达到保证主信道通信安全的目的。实验结果表明,该方法在增加少量人工干扰噪声的情况下,使得窃听者的误码率达到30%~50%以上,达到防止窃听目的。     

基于截获因子的直序扩频水声通信隐蔽性能分析

研究了对数正态衰落水声信道条件下直接序列扩频通信的隐蔽性能.首先建立水声隐蔽通信系统模型,提出了基于可检测距离的截获因子作为衡量水声通信系统隐蔽性的方法.理论研究了直接序列扩频信号经过对数正态衰落水声信道传输后,截获接收机能量检测工作特性以及通信接收机同步相关检测特性和扩频通信误码性能.仿真分析了不同的信道衰减参数及信号参数、调制方式等对水声通信系统隐蔽性能的影响.仿真结果表明:在对数正态衰落水声信道条件下,直序扩频通信具有低截获通信能力;在一定条件下,降低发射载波频率、增大信号时间带宽积、降低调制阶数和通信速率将有利于提升水声通信隐蔽性;浅海信道比深海信道更利于隐蔽通信,近程水声通信比中远程通信更容易实现隐蔽.     

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...     

电力线通信与可见光通信融合的多输入多输出系统性能研究

提出了一种电力线通信(PLC)-可见光通信(VLC)融合的多输入多输出(MIMO)系统.采用二进制相移键控(BPSK)调制技术输入信号,依次通过PLC信道和VLC信道传输信息.仿真结果表明:相比于PLC的第二种参考信道,第一种参考信道的性能更好,且在无脉冲噪声的情况下,系统的误码率较低.此外,还研究了脉冲噪声参数对系统性能的影响.     

基于人工噪声和SWIET的安全双向中继通信

针对基于解码转发的对称双向中继网络的安全传输问题,提出一种基于人工噪声干扰和信息、能量同时传输技术(SWIET)的物理层安全传输策略.系统采用两时隙传输方案,能量收集节点利用第一时隙收集的能量发射人工噪声干扰,而用户节点和中继分别通过功率分配技术将目的节点先验已知的人工噪声干扰添加到有用信息中,以降低窃听信道的传输质量.建立双向中继网络窃听信道下联合能量收集和无能量收集节点的两种数学模型,推导基于人工噪声干扰的系统保密容量的数学表达式,分别求解两种模型的最大化系统保密容量下最优功率分配因子,并分析了SWIET技术对系统保密容量的增益.仿真结果表明:对应于不同的窃听节点位置,所提出的联合SWIET技术的方案能使双向中继网络保密性能改善3%~90%,且能量收集节点越靠近窃听节点,系统性能越好.