本文關(guān)鍵詞：基于人工干擾的物理層安全傳輸方案與容量?jī)?yōu)化

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【摘要】：計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展突出了傳統(tǒng)加密算法的弊端，為了進(jìn)一步保障無線通信的安全性，物理層安全作為一個(gè)新的研究方向應(yīng)運(yùn)而生。人工干擾技術(shù)是增強(qiáng)無線通信系統(tǒng)物理層安全性能的方法之一。該技術(shù)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(hào)，進(jìn)而在物理層上實(shí)現(xiàn)安全通信。盡管物理層安全已取得了一些進(jìn)展，但是針對(duì)實(shí)際中廣泛應(yīng)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?jī)?yōu)化方面的成果還很少，本文重點(diǎn)對(duì)此開展研究，主要工作如下： 針對(duì)單天線高斯Z信道，本文研究了安全傳輸方案和相應(yīng)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(shí)現(xiàn)的，從而得到該信道的安全自由度。最后，對(duì)比分析無人工干擾的傳輸方案和相應(yīng)的安全自由度，結(jié)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(duì)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(shí)現(xiàn)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(jìn)一步，為了消除人工噪聲對(duì)接收端處消息信號(hào)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(gòu)造人工噪聲的預(yù)編碼矩陣算法，并采用基于信道質(zhì)量的次優(yōu)加權(quán)策略以減小算法的計(jì)算復(fù)雜度。最后，從理論上分析了兩種方案的性能和復(fù)雜度，并對(duì)性能進(jìn)行仿真分析。結(jié)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(duì)于第二種方案次優(yōu)加權(quán)策略的安全性能優(yōu)于平均加權(quán)策略且接近最優(yōu)加權(quán)策略。 針對(duì)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?jī)?yōu)化。首先，對(duì)無人工干擾方案下的安全容量進(jìn)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(fù)雜度低的單輔助端的選擇方案。仿真結(jié)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(jìn)一步提高安全容量且收斂速度較快；進(jìn)一步，當(dāng)無人工干擾的傳輸方案失效時(shí)，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(xué)位授予單位】：重慶郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN972

【參考文獻(xiàn)】

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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(fù)雜度干擾對(duì)齊算法[J];電子與信息學(xué)報(bào);2013年05期

本文編號(hào)：1254953