近些年來(lái)無(wú)線通信技術(shù)飛速發(fā)展,經(jīng)過(guò)無(wú)線信道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量也日漸增長(zhǎng),如何保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩珕?wèn)題逐漸成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。無(wú)線廣播系統(tǒng)是無(wú)線應(yīng)用的一個(gè)重要方面,由于每次向各個(gè)終端傳輸相同的數(shù)據(jù),并且處于開(kāi)放的廣播信道下,因此面臨了比一般的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的無(wú)線通信場(chǎng)景更為嚴(yán)重的安全威脅。本文基于無(wú)線廣播系統(tǒng),探究物理層安全的人工噪聲技術(shù)在廣播系統(tǒng)安全中發(fā)揮的作用,通過(guò)合理的人工噪聲功率分配方式,進(jìn)行系統(tǒng)安全性的提升。首先,本文建立了一般的廣播通信系統(tǒng)模型,并通過(guò)概率的分析得到了廣播通信系統(tǒng)的保密中斷概率和保密速率。當(dāng)合法用戶的數(shù)量增加時(shí),若假設(shè)合法用戶和竊聽(tīng)者處于同一信道環(huán)境下,則在所有用戶中合法用戶的信道條件比竊聽(tīng)用戶差的條件將隨之增加,帶來(lái)的是保密中斷概率的上升和保密速率的下降。當(dāng)不使用任何輔助的手段保障安全時(shí),系統(tǒng)的安全傳輸容量接近于0。其次,本文提出了使用了零空間人工噪聲技術(shù)的廣播通信模型,分析了產(chǎn)生零空間人工噪聲的可行性條件,在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步的進(jìn)行兩種人工噪聲功率分配算法的研究。當(dāng)可以獲得瞬時(shí)信道狀態(tài)信息時(shí),基于最大化系統(tǒng)最小保密容量和最大化系統(tǒng)保密和速率的問(wèn)題進(jìn)行了最佳人工噪聲功率分配因子的求解。仿真結(jié)果表明合理的添加人工噪聲可以有效地提高系統(tǒng)的安全性能。另外,即使不能獲得竊聽(tīng)者的準(zhǔn)確信道信息和具體位置,對(duì)于遍歷條件下的保密容量分析和保密中斷概率分析也表明了在添加人工噪聲時(shí)系統(tǒng)安全性的提升。最后,考慮到系統(tǒng)中各個(gè)用戶距離衰減帶來(lái)的影響,本文提出了連接情況下的廣播通信系統(tǒng)安全模型,加入用戶的隨機(jī)位置分布的影響因素并研究了用戶連接情況對(duì)保密中斷概率的影響,從而使得安全方案的設(shè)計(jì)更加貼近于實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景。首先考慮了含有路徑損耗的系統(tǒng)模型,選擇了泊松點(diǎn)過(guò)程分布模型用于處理用戶分布情況的模擬。然后對(duì)于用戶接入場(chǎng)景進(jìn)行分類,分別討論用戶全部達(dá)到連接門限(全連接)和允許部分用戶達(dá)不到連接門限(部分連接)的情況。兩種應(yīng)用場(chǎng)景下,用戶的連接中斷概率和保密速率等安全指標(biāo)與系統(tǒng)所設(shè)置的連接門限、安全門限以及人工噪聲分配因子均相關(guān)。通過(guò)理論值的分析和仿真圖的對(duì)照,可以給出在安全指標(biāo)限制下的理想門限設(shè)置方案。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN918;TN934
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究的目的和意義
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 廣播通信安全研究現(xiàn)狀
        1.2.2 人工噪聲研究現(xiàn)狀
    1.3 主要研究?jī)?nèi)容
第2章 物理層安全理論介紹
    2.1 物理層安全理論基礎(chǔ)
    2.2 廣播系統(tǒng)下物理層安全的研究
    2.3 復(fù)合竊聽(tīng)信道理論基礎(chǔ)
    2.4 零空間人工噪聲
    2.5 常見(jiàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)
    2.6 本章小結(jié)
第3章 人工噪聲輔助物理層安全模型
    3.1 引言
    3.2 多用戶廣播通信模型
        3.2.1 系統(tǒng)模型
        3.2.2 多用戶廣播系統(tǒng)下的保密性分析
    3.3 人工噪聲輔助物理層安全模型
        3.3.1 AN輔助下物理層安全系統(tǒng)模型
        3.3.2 利用人工噪聲實(shí)現(xiàn)物理層安全的可行性分析
        3.3.3 基于最大系統(tǒng)內(nèi)最小保密容量的功率分配方案
        3.3.4 基于最大保密和速率的功率分配方案
    3.4 人工噪聲輔助下的系統(tǒng)保密性能
        3.4.1 遍歷保密容量的分析與仿真
        3.4.2 保密中斷概率的分析與仿真
    3.5 基于不同需求的人工噪聲功率分配解決方案
    3.6 本章小結(jié)
第4章 連接情況下的廣播系統(tǒng)物理層安全研究
    4.1 引言
    4.2 系統(tǒng)模型
    4.3 全連接應(yīng)用場(chǎng)景
        4.3.1 場(chǎng)景描述
        4.3.2 系統(tǒng)中斷概率的推導(dǎo)與分析
        4.3.3 基于最小系統(tǒng)中斷概率的安全方案設(shè)計(jì)
    4.4 部分連接應(yīng)用場(chǎng)景
        4.4.1 場(chǎng)景描述
        4.4.2 系統(tǒng)中斷概率的推導(dǎo)與分析
    4.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其他成果
致謝

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