本文關(guān)鍵詞：物理層安全通信中魯棒性傳輸技術(shù)研究

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【摘要】：無(wú)線通信的廣播特性使無(wú)線通信的安全問(wèn)題面臨著嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的上層秘鑰加密方法隨著計(jì)算機(jī)處理能力的提升,安全性也大大降低。與傳統(tǒng)的上層秘鑰加密方法不同,無(wú)線通信物理層安全(Physical Layer Security,PLS)傳輸技術(shù)基于無(wú)線信道自身的特性,利用信息論和信號(hào)處理技術(shù),從根本上實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信的無(wú)條件安全。PLS傳輸技術(shù)的主要思想是利用無(wú)線信道的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信安全,具體傳輸技術(shù)的設(shè)計(jì)對(duì)用戶的信道狀態(tài)信息(Channel State Information,CSI)具有很強(qiáng)的依賴性,一般要求發(fā)送端已知所有用戶的完美CSI,但在實(shí)際通信場(chǎng)景中,很多原因都會(huì)造成CSI的不準(zhǔn)確,不準(zhǔn)確CSI下的非魯棒性傳輸技術(shù)很難達(dá)到系統(tǒng)的安全要求。因此研究非完美CSI下的魯棒性傳輸技術(shù)意義重大。本文對(duì)非理想條件下的PLS魯棒性傳輸技術(shù)進(jìn)行了研究。首先,研究了多點(diǎn)協(xié)作場(chǎng)景下的PLS魯棒性傳輸方案;然后,研究了面向物理層服務(wù)融合的PLS魯棒性傳輸方案。具體研究?jī)?nèi)容如下:1、中繼協(xié)作場(chǎng)景下,我們提出了一種聯(lián)合信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)和協(xié)作噪聲的傳輸方案。通過(guò)最大化worst-case下的可達(dá)安全速率,設(shè)計(jì)最優(yōu)中繼權(quán)重矢量和噪聲協(xié)方差矩陣。然而這種方案下的優(yōu)化問(wèn)題是非凸的,因此很難求解。我們通過(guò)采用兩層優(yōu)化模型,將非凸優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為了一系列凸優(yōu)化問(wèn)題。特別地,內(nèi)層優(yōu)化問(wèn)題是半正定規(guī)劃(Semidefinite Programming,SDP)問(wèn)題,外層優(yōu)化問(wèn)題是一維搜索。仿真結(jié)果表明我們提出的聯(lián)合傳輸方案與只轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)的方案相比,可達(dá)安全速率得到顯著提升。2、Helper協(xié)作場(chǎng)景下,我們提出了一種具有中斷概率約束的魯棒性傳輸方案。通過(guò)最大化中斷概率約束下的可達(dá)安全速率,設(shè)計(jì)發(fā)送端和Helper端的傳輸協(xié)方差矩陣。我們將帶有非凸概率約束的優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為了一系列凸優(yōu)化問(wèn)題。仿真結(jié)果表明,我們提出的方案與迫零(Zero Forcing,ZF)方案相比,可達(dá)安全速率得到顯著提升。3、物理層服務(wù)融合多輸入單輸出(Multiple Input Single Output,MISO)場(chǎng)景下,我們提出了一種基于服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service,Qo S)約束的魯棒性傳輸方案。通過(guò)最大化worst-case下的可達(dá)安全速率域,設(shè)計(jì)最優(yōu)保密服務(wù)和多播服務(wù)的傳輸協(xié)方差矩陣。我們采用Qo S約束的方法將非凸優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為了一系列凸優(yōu)化問(wèn)題。仿真結(jié)果表明,我們提出的基于Qo S約束的方案與時(shí)分多址(Time Division Multiple Access,TDMA)方案相比,可達(dá)安全速率域得到顯著提升。并且我們還證明保密服務(wù)的最優(yōu)傳輸協(xié)方差矩陣的秩為1,而多播服務(wù)的最優(yōu)傳輸協(xié)方差矩陣的秩不大于4。特別地,完美CSI下,保密服務(wù)和多播服務(wù)的傳輸協(xié)方差的秩均為1,即波束賦形最優(yōu)。4、物理層服務(wù)融合多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)場(chǎng)景下,我們同樣提出了一種魯棒性傳輸方案。通過(guò)最大化worst-case下的可達(dá)安全速率,設(shè)計(jì)保密服務(wù)和多播服務(wù)的傳輸協(xié)方差矩陣。利用泰勒級(jí)數(shù)展開近似,我們將原非凸優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為了凸優(yōu)化問(wèn)題,再通過(guò)迭代優(yōu)化得到了近似最優(yōu)解。仿真結(jié)果表明我們提出的魯棒性傳輸方案與TDMA方案相比,可達(dá)安全速率域得到顯著提升�！�
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN918

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本文編號(hào)：1281712