【摘要】：近年來,無線通信的迅速發(fā)展給人們帶來便利的同時(shí)也存在著一些問題。由于無線信道的廣播特性,用戶隱私極易被惡意節(jié)點(diǎn)竊聽。傳統(tǒng)基于密碼學(xué)的高層加密算法是建立在計(jì)算復(fù)雜度的基礎(chǔ)上來實(shí)現(xiàn)安全的,隨著加密算法破解技術(shù)以及量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展,傳統(tǒng)的加密算法可能很容易被破解,無線通信安全面臨著很大的威脅。基于此,人們對物理層安全的研究越來越重視。本文提出了一個(gè)基于自中繼的保密通信方案,所謂自中繼,即發(fā)送者又擔(dān)任中繼的角色通過相位噪聲去干擾竊聽者竊聽保密信息。本文主要研究內(nèi)容與貢獻(xiàn)如下:(1)本文在未知竊聽者信道狀態(tài)信息(Channel state information,CSI)的情況下提出了一個(gè)基于自中繼的全雙工正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)系統(tǒng)模型,該模型中包含一個(gè)合法發(fā)送者(節(jié)點(diǎn)A)、一個(gè)合法接收者(節(jié)點(diǎn)B)以及一個(gè)或多個(gè)竊聽者。節(jié)點(diǎn)A在發(fā)送保密信息時(shí),它又擔(dān)任中繼的角色對保密信息進(jìn)行處理防止竊聽者竊聽。本文是通過在保密信息上添加來自節(jié)點(diǎn)B的隨機(jī)相位噪聲去干擾竊聽者,使節(jié)點(diǎn)B能夠正確譯碼保密信息,而竊聽者卻不能正確譯碼保密信息。(2)本文推導(dǎo)出了單入單出(Single Input Single Output,SISO)OFDM系統(tǒng)的安全容量及其中斷概率,該方案的安全容量與竊聽信道的CSI無關(guān),這是相比其他方案的一大優(yōu)點(diǎn)。由推導(dǎo)得到的安全容量的表達(dá)式可知該方案能夠保證系統(tǒng)的安全容量為正,因此該方案能夠?qū)崿F(xiàn)完美保密通信。為了求解功率受限系統(tǒng)中安全容量的最大值,將此問題建模成數(shù)學(xué)優(yōu)化問題,引入拉格朗日乘子通過求極值的方法得到最優(yōu)解。(3)為了求解上述優(yōu)化問題,本文提出使用二分-貪婪算法進(jìn)行功率分配和比特加載。結(jié)果表明二分-貪婪算法相比等功率分配方案安全容量有一定的提升,并且算法的復(fù)雜度很低。此外還分析了實(shí)現(xiàn)保密通信相比非保密通信所付出的代價(jià)。將該方案擴(kuò)展到多入多出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)OFDM系統(tǒng)中,該功率分配算法在MIMO-OFDM系統(tǒng)中也同樣適用。最后對SISO-OFDM系統(tǒng)的誤碼率進(jìn)行了分析。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN929.53;TN918.1
【圖文】：

竊聽者不能竊取到任何保密信息。Ｗｙｎｅｉ？從信息論的角度指出了當(dāng)主信道的信道逡逑條件比竊聽信道條件好時(shí)，總可以找到一種不需要密鑰加密而只采用編碼的方法，逡逑實(shí)現(xiàn)發(fā)送方和合法接收方之間的安全通信，圖２－１是目前物理層安全的最基礎(chǔ)模逡逑型。逡逑根據(jù)節(jié)點(diǎn)的天線個(gè)數(shù)，可以構(gòu)造為單輸入單輸出單竊聽（ＳＩＳＯＳＥ）竊聽信道逡逑模型、多輸入單輸出單竊聽（ＭＩＳＯＳＥ）竊聽信道模型、多輸入多輸出單竊聽逡逑（ＭＩＭＯＳＥ）竊聽信道模型、多輸入多輸出多竊聽（ＭＩＭＯＭＥ）竊聽信道模型。逡逑根據(jù)不同的應(yīng)用場景，主信道與竊聽信道還可以構(gòu)造為瑞利衰落信道模型、高斯衰逡逑落信道模型等。逡逑崣者邋—令主倍道邋Ａ邋譯碼器二合法接收者逡逑Ｌ邐）邋Ｖ邐Ｊ邐Ｖ－邐－Ｊ邐Ｖ－邐邐邋Ｖ邐Ｖ．逡逑Ａｌｉｃｅ邐Ｂｏｂ逡逑ｆ邐＼邐ｆ邐、逡逑—？竊聽倍道邋一＾■？挪者逡逑＾邐Ｊ邐ｋ．邐ｊ逡逑Ｅｖｅ逡逑圖２－１邋Ｗｙｎｅｒ竊聽信道模型逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－１邋Ｔｈｅ邋ｗｉｒｅｔａｐ邋ｃｈａｎｎｅｌ邋ｍｏｄｅｌ邋ｏｆ邋Ｗｙｎｅｒ逡逑２．２．２竊聽信道的安全容量逡逑安全容量是衡量通信系統(tǒng)安全性的其中一個(gè)指標(biāo)。安全容量被定義為在非法逡逑竊聽者竊聽不到任何有用信息的情況下發(fā)送者能夠達(dá)到的最大傳輸速率。在通信逡逑系統(tǒng)中，通常情況下用疑義度Ａ和誤碼率Ｐｅ來衡量其安全性與可靠性。逡逑假設(shè)合法發(fā)送方Ａｌｉｃｅ將二進(jìn)制比特流發(fā)送給合法接收方逡逑３此，經(jīng)過編碼器編碼為尤￣＝＾：１，尤２，．．．，義＾，經(jīng)過信道傳輸后合法接收者得到逡逑產(chǎn)＝（｝；

ｋ＝０逡逑兩個(gè)相鄰子載波的頻率間隔為Ａ／邋＝邋１／邋７＾，子載波頻率NB邋＝人＋邋ｍ４／￣，逡逑ｍ邋＝邋０，ｌ，．．．，Ａ：－ｌ。因此可以得出當(dāng)／�！叮保�；時(shí)，子載波間相互正交，如下圖２－３所逡逑不。逡逑ｓｍ（＾２ｎｆｋｔ邋＋邋（ｐ）ｓｍ（２Ｔｚｆ，ｔ邋＋邋（ｐ）ｄｔ邋＝邋０邐（２－２７）逡逑其中｜／＊＿NB｜邋＝邋；？／７１，／？邋＝邋１，２，．．．，灸—１。逡逑—邋0邐？邋１逡逑—ｃｏｓ（２＾－／０／）邋Ｉ／Ａ；邐Ｉ邋廠逡逑＼邐■］邐１邐ｉ，－逡逑—３１２１邋ｒ｜—？邋轉(zhuǎn)—一ｃ0ｓ（２＾ｆ，ｔ）邋Ｉ邋ｊｖ＿ｙ！邋＼ｙ＼逡逑—？邋Ｔｓ邐？—邐換…邐？？？�。。∵娯�！…逡逑Ｕ－＾ｈＭｍ邋＾逡逑ｃ0ｓ（２＾＿，0｜邐ｙ邐ｉｊ；邐ｙ邐ｙ逡逑■邐１邐１邐１邐１逡逑圖２－３邋ＯＦＤＭ系統(tǒng)的基本原理框圖逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－３邋Ｔｈｅ邋ｂａｓｉｃ邋ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋ｂｌｏｃｋ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ＯＦＤＭ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑１８逡逑

物理層安全和正交頻分復(fù)用相關(guān)理論基礎(chǔ)逡逑２．３．２邋ＯＦＤＭ的實(shí)現(xiàn)逡逑ＯＦＤＭ的系統(tǒng)框圖如圖２－４所示，發(fā)送者發(fā)送串行的數(shù)據(jù)流卜然后將其串逡逑并轉(zhuǎn)換變成＃路并行數(shù)據(jù)流，再經(jīng)過星座映射得到復(fù)信號，將得到的復(fù)數(shù)信號進(jìn)逡逑行快速傅里葉逆變換，則＃個(gè)并行傳輸?shù)膹?fù)數(shù)信號就構(gòu)成了一個(gè)ＯＦＤＭ符號。然逡逑后經(jīng)過并串轉(zhuǎn)換、加循環(huán)前綴、Ｄ／Ａ變換和上變頻之后輸出信號，然后通過與上述逡逑相反的過程進(jìn)行解調(diào)，得到原來的數(shù)據(jù)。在ＯＦＤＭ的實(shí)現(xiàn)過程中，調(diào)制與解調(diào)模逡逑塊是尤其重要的，下面對調(diào)制部分模塊進(jìn)行介紹。逡逑ＯＦＤＭ調(diào)制邐｜逡逑ｍｏ逡逑－＊—？邐——？邐—？邐加邋｜逡逑Ｗ邋｜邋N＊邋１」Ｖ邋；邋—邋｜邐訓(xùn)邐逡逑一轉(zhuǎn)…映：ｆ邋：

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

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相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

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本文編號：2757915