發(fā)布時間：2017-12-05 13:20

  本文關鍵詞：基于人工干擾的物理層安全傳輸方案與容量優(yōu)化

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【摘要】：計算機技術的快速發(fā)展突出了傳統(tǒng)加密算法的弊端，為了進一步保障無線通信的安全性，物理層安全作為一個新的研究方向應運而生。人工干擾技術是增強無線通信系統(tǒng)物理層安全性能的方法之一。該技術通過發(fā)送人工噪聲或特定波形來干擾竊聽端處的消息信號，進而在物理層上實現安全通信。盡管物理層安全已取得了一些進展，但是針對實際中廣泛應用的高斯Z信道和高斯竊聽信道，基于人工干擾的物理層安全傳輸方案與安全容量優(yōu)化方面的成果還很少，本文重點對此開展研究，主要工作如下： 針對單天線高斯Z信道，本文研究了安全傳輸方案和相應的安全自由度。首先，從理論上得到該信道安全容量和安全自由度的上界。其次，給出基于人工干擾的安全傳輸方案，，證明該信道的安全容量和安全自由度的上界是可實現的，從而得到該信道的安全自由度。最后，對比分析無人工干擾的傳輸方案和相應的安全自由度，結果表明，本文的安全傳輸方案可提升系統(tǒng)的安全容量和安全自由度。 針對MIMO高斯竊聽信道的安全通信，本文給出了兩種基于人工干擾的安全傳輸方案。在方案一中，由于發(fā)送端和輔助端之間沒有合作，輔助端通過廣義奇異值分解來實現人工干擾，并選擇有利于削弱竊聽端竊聽能力的子信道來傳輸人工噪聲以提高系統(tǒng)的安全容量。進一步，為了消除人工噪聲對接收端處消息信號的影響，方案二利用發(fā)送端和輔助端之間的合作，在任意天線配置的情況下給出了輔助端通過空間匹配構造人工噪聲的預編碼矩陣算法，并采用基于信道質量的次優(yōu)加權策略以減小算法的計算復雜度。最后，從理論上分析了兩種方案的性能和復雜度，并對性能進行仿真分析。結果表明，與無人工干擾的傳輸方案相比，兩種基于人工干擾的傳輸方案能夠有效地提升系統(tǒng)的安全容量；對于第二種方案次優(yōu)加權策略的安全性能優(yōu)于平均加權策略且接近最優(yōu)加權策略。 針對能量受限的高斯竊聽信道中物理層安全傳輸問題，本文研究了基于ST(Save-Then-Transmit)協(xié)議的能量收集型高斯竊聽信道的安全傳輸方案與容量優(yōu)化。首先，對無人工干擾方案下的安全容量進行優(yōu)化。其次，給出基于人工干擾的安全傳輸方案，并分析了該方案提升安全容量的充要條件，且提出了該方案下安全容量的迭代優(yōu)化算法。最后，給出了一種復雜度低的單輔助端的選擇方案。仿真結果表明，在無人工干擾的傳輸方案中，優(yōu)化算法明顯優(yōu)于半能量吸收比算法；在基于人工干擾的傳輸方案中，迭代優(yōu)化算法可進一步提高安全容量且收斂速度較快；進一步，當無人工干擾的傳輸方案失效時，基于人工干擾的傳輸方案仍然可在一定條件下保障安全通信。
【學位授予單位】：重慶郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN972

【參考文獻】

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1 謝顯中;徐冰;雷維嘉;馬彬;;三小區(qū)環(huán)境中基于三角分解的低復雜度干擾對齊算法[J];電子與信息學報;2013年05期

本文編號：1254953