协作通信物理层安全策略性能分析

协作通信与物理层信息安全是现代无线通信领域中的两个具备研究价值的方面。结合了两者的特点,研究了基于协作通信的物理层安全模型,对其中的放大转发策略和协作拥塞策略进行了最优安全容量分析,并针对目前相关研究内容并未涉及详细的性能场景分析的情况,对放大转发策略与协作拥塞策略进行了多个不同场景下的安全容量性能对比并进行了相应的理论分析。仿真研究表明,放大转发策略比协作拥塞策略更加稳定,更不易受场景变化的影响,此外,增加中继的天线数量所带来的性能提升也等效于增加中继数量。     

移动协作通信网络的物理层安全性能研究

随着第五代移动通信技术的发展,移动协作通信网络成为学术界研究的热点问题.但是由于完全开放的信道,移动协作通信网络的物理层安全研究非常复杂,也是一个亟待解决的问题.本文在N-Nakagami信道下,研究了移动协作通信网络的安全性能.针对平均安全容量和安全中断概率,分别推导了精确闭式表达式.然后在不同条件下,通过Monte-Carlo仿真,对系统的安全性能做了验证分析.仿真结果表明:理论值与Monte-Carlo仿真值有着很好的吻合,理论分析的正确性得到了验证.     

5G通信中的增强物理层安全信号处理的技术

我国即将进入5G时代,而在5G中增强物理层安全信号处理技术是不可或缺的重要组成部分,其直接影响5G的运行速度以及运行质量,所以科研人员必须要重视这项技术。基于此,该文从两阶段对5G通信中的增强物理层安全信号处理技术进行分析,一是数据发射阶段采用物理层安全信号处理技术;二是信道估计阶段采用物理层安全信号处理技术,希望可以为有需要的人提供参考意见。     

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.     

一种基于圆环阵天线虚拟运动的物理层安全通信方法

为了提高无线通信过程中信息被窃听的难度,提出一种基于圆环阵天线虚拟运动的物理层安全通信方法.该方法在信号发送过程中,用一组扩频码序列来控制天线的切换方式,应用天线周期性切换产生的谐波分量,构成被扩频码和方向信息同时调制的扩频信号.仿真结果表明,接收机对二维方向信息敏感,随着接收机方位角和俯仰角偏离期望接收机位置,信号的捕获和解调性能会迅速下降,当偏离超出一定的门限后,窃听接收机无法解调出发射信号.     

基于信道特性的中继选择协作通信方法研究

根据信道统计特性,研究了放大转发(amplify-and-forward,AF)协作中继网络中的中继选择协作通信方法.首先分析指出在等功率条件下,当信噪比小于某个门限时,选择单个中继节点进行转发(pre-select single relay AF,SAF)比所有节点都转发(all relays AF,AAF)的中断概率小.基于此信噪比门限提出一种中继选择协作通信方法,并且指出这种选择方法使得SAF的中断概率最小;然后结合功率分配提出了一种使中断概率最小化的最优中继选择协作通信方法;最后为了降低复杂度,提出了一种次优中继选择协作通信方法.仿真结果表明,这种次优方法和最优中继选择协作通信方法相比,性能相近.     

MIMO系统发射端多天线选择保障物理层安全传输

针对MIMO系统信号传输策略中单天线选择方案在增大系统保密容量方面存在的局限性,本文提出发射端多天线选择方案以保障物理层安全通信。文中首先在已知全局信道状态信息的理想条件下讨论最优多天线选择方案;然后考虑较为实际的情况,即在未知窃听方信道状态信息条件下提出次优多天线选择方案;最后,为改进次优方案在低信噪比条件下系统保密容量较小的不足,提出次优多天线选择发射功率分配方案。通过理论推导保密容量表达式和数值分析,结果表明,与现有单天线选择方案相比,所提的多天线选择方案有效地提高了系统的保密容量。     

基于CR-WFRFT的物理层安全认证方法

作为安全认证的重点研究方向,物理层认证能够节省上层的认证资源,对提高有限资源的利用具有重要意义。针对物理层认证过程安全性不高的问题,提出了一种加权分数傅里叶变换(WFRFT)与星座图旋转角度相结合的物理层认证方法。利用WFRFT的低截获性,基于星座图旋转角度的加权分数傅里叶变换物理层认证系统,能够在不对信号传输过程造成影响的前提下,通过提高计算复杂度降低认证信号的被识别概率。仿真结果表明:经过CR-WFRFT系统输出的信号被识别概率可无限接近于0,且误码率能够与原QPSK理论值相近。CR-WFRFT系统的物理层认证安全性得到了极大提高,进一步保证了信息的有效传输。     

无线通信中使用随机天线阵列的物理层安全传输方法

为了在无线通信过程中保证信息安全,提出了一种使用随机天线阵列的物理层安全传输方法(RAA方法).该方法在基站端使用多天线而在移动用户端使用单天线,期望移动用户首先发送同步训练符号,基站根据接收到的训练符号估计信道,然后基站随机选取若干天线并根据估计到的信道使用分布式波束形成的方法进行加权发射,各天线发射信号最后在期望用户接收点同相叠加,期望用户可以直接进行最大似然解调.由于基站在发射每个符号时都随机变换天线,将会导致窃听者的信道随机快速变化,因此窃听者无法通过盲均衡算法解调,从而保证了信息的低截获概率.与经典的使用随机加权系数的方法相比,RAA方法具有功率利用率更高的特点.仿真结果表明,在总功率一定的情况下,RAA方法可以在期望用户处获得比已有方法低一个数量级的误码率,而窃听者始终无法正确解调.     

MIMO系统发射端多天线选择保障物理层安全传输研究

针对MIMO系统信号传输策略中单天线选择方案在增大系统保密容量方面存在的局限性,提出发射端多天线选择方案以保障物理层安全通信。首先在已知全局信道状态信息的理想条件下讨论最优多天线选择方案;然后考虑较为实际的情况,即在未知窃听方信道状态信息条件下提出次优多天线选择方案;最后,为改进次优方案在低信噪比条件下系统保密容量较小的不足,提出次优多天线选择发射功率分配方案。通过理论推导保密容量表达式和数值分析,结果表明,与现有单天线选择方案相比,所提的多天线选择方案有效地提高了系统的保密容量。     

多天线中继系统中基于博弈论的协作通信

近年来,多天线中继系统在提高系统容量和可靠性方面有着显著的效果,多天线中继网络已经被认为是4G的热门技术.本文结合多天线中继系统与博弈论,将博弈论引入到多天线中继系统,针对放大转发的中继网络,在理想信道下,讨论协作与非协作的情况.给出不同信道节点的信噪比增益和协作率的纳什议价解.仿真结果表明,系统在采用最优的合并方式和次优的合并方式中,通过比较发现,采用最优的合并方法,对节点的协作率和信噪比增益有显著的提高.     

一种全双工物理层安全通信波束成形的低功耗方法

在保证物理层安全的前提下,为解决传统迫零成形算法在全双工通信功耗过高的问题,提出了一种适用于全双工通信的信息波束和噪声波束联合成形的低功耗方法。首先,在高斯信道模型下对全双工基站的传输信号进行信息波束成形,实现基站与接收端的信息传输;然后,在全双工基站发射天线中添加人工噪声,并将噪声波束成形保证全双工基站的接收信息和发送信息不被偷听者窃听;最后,经过凸优化求解,将NP难的信息和噪声波束联合成形问题转化为可高效求解的凸优化问题,最终得到最优的信息和噪声波束成形向量。仿真结果表明,在上下行安全速率均为3b/(s·Hz)时,该方法可以有效降低全双工基站的功耗,与经典的迫零波束成形算法相比,均值功耗降低约18%。     

基站协作预编码中的用户及天线联合选择

基站协作预编码能支持的用户数往往受到天线数的限制,因此需要对用户进行选择.此外,为了进一步减小对其他用户的干扰,还可以对接收天线进行选择.因此,文中以最大化系统和容量为准则,提出两种基站协作系统中的低复杂度次最优用户及天线联合选择算法.一种是基于容量的算法,另一种是基于范数的算法,这两种算法都利用贪婪的思想在进行用户选...     

基于智能天线的通信测向方法

TD_SCDMA标准采用了智能天线技术,提高其定位精度是目前亟待解决的关键问题.针对8阵元智能天线CDMA系统,提出了一种测向定位新方法.该方法根据预多波束智能天线的特点,利用接收信号的功率特性估计移动台方位角.该系统大大提高了同时定位用户数,计算复杂度小,适用于TD_SCDMA系统定位.仿真表明该系统定位精度较高.     

无线网络物理层安全认证方法

针对无线通信中认证方法存在计算复杂度高的问题,提出一种无线网络物理层安全认证(PLSA)方法。首先,利用通信双方信道互易性和唯一性的特点,通过估计信道并量化信道响应提取出高度相关但并不完全一致的信道特征序列,然后基于信息论安全和信道编码理论提出安全认证编码,借助双方信道特征序列中蕴含的私密共享信息量优势,使合法通信方正确编解码,而第三方只能靠猜测消息码字实施认证攻击,从而建立不需要密码算法的物理层安全认证框架。利用典型集理论和窃听信道模型对PLSA方法进行安全性分析,发现在码本长度趋于无穷大时,攻击性能上下界趋于一致,从而证明了物理层安全认证具备可行性。仿真结果表明,与传统认证方法相比,当安全互信息量超过64bit后,物理层认证方法的攻击成功率优于传统认证方法。     

基于绿色通信的大规模MIMO天线选择算法

绿色通信是移动通信系统（例如5G系统）的主要特征之一。在大规模多输入多输出（multiple-input multiple-output, MIMO）系统中如何提高能源效率是一个重要研究课题,天线选择是提高能源效率的有效方法。现有的天线选择算法有些是局部优化,有些是单目标优化,为克服这些缺点,提出了基于博弈论的大规模MIMO天线选择算法。该算法通过系统容量和发射功率构造博弈的效用函数,每进行一次博弈都得到一组天线,在博弈达到均衡时,能源效率取得最大值。文中给出了纳什均衡存在性证明,也推导了纳什均衡点与能源效率之间的等价。仿真结果表明,采用博弈论算法能够克服局部优化,在保持信道容量较高的同时也提高了能源效率,可见该算法在能源效率上的提高有助于实现绿色通信。     

基于中继选择的协作通信系统 遍历信道容量分析

本文对中继选择协作通信网络系统的遍历信道容量展开研究.在假设独立同分布瑞利信道条件下,分别推导出机会中继选择算法和部分中继选择算法解码转发中继模式下一些重要因素的闭式表达式,包括累计概率密度函数,累积分布函数和遍历信道容量.结果表明,利用中继选择技术能有效提高系统分集度.此外,遍历信道容量性能受中继节点数目、链路信噪比的影响.通过数值仿真分析验证了理论闭式解的正确性.实验结果表明通过信道反馈状态信息调节最优数据发送速率,非中断信道容量能达到遍历信道容量.     

基于分组密码的物理层加密通信系统

传统安全通信系统分别设计信道编码、密码算法等模块,系统安全性几乎不受信道误码影响。借鉴物理层加密的概念,该文提出一种系统化设计方法,利用信道误码进一步提高系统安全性。提出对该系统进行安全性定量评估的方法,分别计算码字相关性和信道误码对安全性的影响,为研究该类系统提供了新的技术途径。理论和仿真结果表明:当二进制对称信道(BSC)的比特翻转概率大于阈值时,所设计的基于分组密码的物理层加密通信系统具有高于传统安全通信系统的安全性。     

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...