物理层安全中的最优中继选择及协同干扰策略

本文提出了一种以协同干扰为基础,结合了最优中继选择和功率分配的物理层安全方案.该方案针对分布式天线的场景,从中间节点中选择一个最佳的节点作为中继,剩余的其他节点作为协同干扰节点.中继节点使用放大转发策略.本文同时提出了协同干扰节点的波束成形算法.另外,我们还推导出了中继节点和协同干扰节点之间的功率分配的闭式解.最后,本文还给出了相关的仿真结果,证实了新提出的方案比传统方案能获得更高的安全容量.     

一种基于多波束与人工噪声的物理层安全通信方法

为了提高无线传输过程中通信信息被窃听的难度,提出了一种采用多波束发射人工噪声干扰来实现物理层安全传输的方法.发送端同时发送通信信息和两组人工噪声,通过天线加权系数调整使通信信息的方向图主瓣对准期望方位,而人工噪声的方向图在期望方位形成零陷.仿真结果表明,该方法可实现在空间某一期望方位的可靠通信,而偏离该方位的接收机误码...     

中继辅助的干扰信道中总体MSE最小化的安全波束成形

针对中继辅助的干扰信道中的通信安全问题,提出了一种基于均方误差的物理层安全编码,最大化窃听者与合法用户估计目标信号的均方误差之差。建立了中继辅助的干扰信道网络的窃听模型,并将物理层安全编码策略用最优化问题描述。将非凸的最优化问题变化为三个子凸优化问题,使其可以利用梯度下降法求解,并利用迭代算法,联合求解发射机、中继和收发机的最优编码矩阵。仿真实验表明,该算法能有效提高系统的安全性能。     

非对称信道下双向中继网络中最大化和速率的波束成形设计

双向中继网络的波束成形设计大都基于对称信道的假设。该文考虑非对称信道的情况,通过合理设计波束成形因子,使得系统在中继总功率约束下,其和速率最大化。为解决此非凸的最优化问题,首先提出了一种基于分支定界(branch-and-bound)思想的优化算法,并证明了该算法可获得全局最优解。然后提出了一种次优算法,该算法假设次优解为两个已知向量的线性组合,因而求解次优解只需优化两个实数系数,具有较低的复杂度。仿真表明,分支定界算法性能优于现有其他算法;次优算法相对于分支定界算法有一定的性能损失,但是在节点数较小或中继节点平均功率较低时,次优算法优于其他现有算法。     

无线物理层安全综述

无线通信网络具有组网灵活、接入便捷等特点,已在军事和经济等领域得到广泛应用。然而无线信道的广播特性和开放性也为信息的安全传输带来挑战。不同于传统基于秘钥的加密机制,物理层安全以信息论为基础,利用无线信道的衰落等内在特性增强通信系统的安全性能,为解决无线通信的安全问题提供了新的途径。回顾了物理层安全的发展历程,对物理层安全性能指标进行介绍,从信息理论安全、波束成形、中继协作、人工噪声和分集等5个方面,对物理层安全研究内容做了全面的总结归纳。最后给出物理层安全面临的挑战并进行展望。     

基于混合信号的放大转发中继系统的物理层安全传输

中继系统可以增强物理层安全算法的系统性能,这种系统一般包含两阶段的通信过程:从信源到中继节点,在从中继节点到目的节点.通常来说,第一阶段的信息传输缺乏保护,如果窃听者距离信源节点比较近的话,系统性能就无法保证了.该文提出了一种基于混合信号的三阶段的传输方法确保整个传输过程中的保密性能,这样,当窃听者接近信源节点的时候,仍可以保证系统的安全性能.这种方法的优化解是一个复杂的非凸优化问题,该文中建议了一种低复杂度的次优解来解决其中的优化问题.理论分析以及方针结果证明,该方法可以有效确保系统的全过程的安全性能.     

波束赋形技术在同频干扰抑制上的应用

文章首先简单介绍了几种特定的天线模式,接着对系统同频干扰进行了分析,在此基础上提出了一种宏蜂窝天线模式下的同频干扰抑制方法,即宏蜂窝波束赋形技术,使得高速铁路专网的接收相对吞吐量得到一定的提升。     

智能天线非理想波束赋形对TD-SCDMA系统性能的影响

在实际的无线网络中,由于无线信道的复杂性以及DOA估计的误差,会导致智能天线系统的波束赋形出现一定程度的偏差。该文通过分析智能天线系统的原理,提出了非理想波束赋形智能天线对系统性能影响的研究方法,研究了智能天线系统的鲁棒性以及不理想波束赋形的智能天线对TD-SCDMA系统性能的影响。理论和仿真结果表明,波束赋形的准确度直接影响移动通信系统的性能,系统所能容忍的波束赋形偏差有一个固定的门限值,该门限值随着系统负载的增加而减小。     

分布式卫星系统中的物理层安全波束成形算法

针对分布式卫星系统中的安全传输问题,提出两种协作波束成形算法。首先,针对分布式卫星系统采用放大转发协议将来自静止轨道的卫星信号转发至合法用户的场景,构建以最小化分布式卫星系统的总发射功率为目标、合法用户安全速率和非目标用户受到的干扰满足要求为约束条件的优化问题。其次,为求解该非凸优化问题,提出一种基于拉格朗日对偶和半正定规划相结合的协作波束成形算法,并得出最优波束成形权矢量。此外,提出一种基于部分迫零的次优协作波束成形算法,可在不折损系统性能要求的条件下有效降低实现复杂度。相较于传统迫零算法,所提最优和次优算法能够分别节省20 dB和15 dB左右的功率。     

空天地通信网络中物理层安全技术综述

空天地一体化通信网络是未来无线通信的发展趋势,其固有的广播特性和广阔的覆盖区域,将导致网络通信系统面临严重的安全威胁。如何保证空天地通信网络的安全性是一个亟待解决的问题。物理层安全技术作为一种有效的安全手段,在无线通信领域受到越来越多的关注。介绍了物理层安全的基础以及空天地通信信道模型,并对物理层安全中常见的窃听编码、波束成形、人工噪声、中继协作干扰和物理层密钥加密等技术进行了介绍和总结,最后提出了空天地通信网络中物理层安全面临的挑战和未来的发展趋势。     

On the Secrecy Rate of Limited Feedback Beamforming over Multiple-Input Single-Output Wiretap Channels

The secrecy rate of limited feedback beamforming is studied for a Multiple-Input Single-Output （MISO） wiretap channel with a multi-antenna eavesdropper. We first obtain the secrecy rate of limited feedback beamforming achieved at the legitimate receiver. We then derive a lower bound for the asymptotic secrecy rate in the large system limit, From this bound, we observe a threshold for the ratio of eavesdrop antennas to transmit antennas to obtain a positive secrecy rate. We further show that the secrecy rate loss due to limited feedback decays with the number of feedback bits per transmit antenna.     

基于NOMA的协作中继网络安全性能分析

由于非正交多址接入(Non-orthogonal Multiple Access,NOMA)能够显著提升系统的频谱资源利用率,在下一代移动通信中得到广泛应用.对NOMA环境下多中继协作网络的最优中继选择方案和系统安全性能进行了分析和讨论,其中包含窃听者仅窃听中继和窃听者同时窃听中继及源节点这2种情况下的系统安全性能表现...     

物理层安全技术研究现状与展望

物理层安全技术的研究正逐渐成为信息安全和无线通信两个领域的交叉热点。回顾了物理层安全技术的背景和研究现状,并对其未来的发展进行了展望。物理层资源的多样性和惟一性等特征以及十几年来物理层传输技术的涌现和发展,为物理层安全技术的研究开展提供了广阔的空间。目前物理层安全技术的研究以引入各种新技术之后的窃听信道容量分析为基础,并且已经出现了物理层鉴权技术、物理层密钥产生技术和物理层加密技术等新兴的研究方向。     

5G通信背景下物理层安全技术研究

5G通信技术的迅速发展给通信安全提出了更高的要求,作为无线安全的颠覆性革命技术,物理层安全(Physical Layer Security,PLS)技术是实现安全与通信一体化的关键手段。物理层安全技术的本质是利用无线信道特性的内生安全机制,为"一次一密"提供一种可行思路。首先,对通信系统的各协议层以及不同协议层存在的安全威胁和漏洞进行了简单介绍;接着,针对物理层存在的安全问题,对目前所使用的物理层安全研究方向进行了总结和描述;最后,基于物理层密钥生成技术和物理层加密技术,提出了可采用的安全方案,着重介绍了基于调制的物理层加密技术和基于编码的物理层加密技术,从而保证系统的安全性能。     

Reliable and Secure Cooperative Communication for Wireless Sensor Networks Making Use of Cooperative Jamming with Physical Layer Security

Interference is generally considered as the redundant and unwanted occurrence in wireless communication. This research work proposes a novel cooperative jamming mechanism for scalable networks like wireless sensor networks which makes use of friendly interference to confuse the eavesdropper and increase its uncertainty about the source message. The communication link is built with the help of Information theoretic source and channel coding mechanisms. The whole idea is to make use of normally inactive relay nodes in the selective Decode and Forward cooperative communication and let them work as cooperative jamming sources to increase the equivocation of the eavesdropper. In this work, eavesdropper’s equivocation is compared with the main channel in terms of mutual information and secrecy capacity.     

认知无线电网络的物理层安全研究及其鲁棒性设计

该文从用户服务质量(QoS)的角度研究了多输入单输出(MISO)认知无线电网络的物理层安全问题。通过在次用户的发送信号中加入适当功率的人为噪声,能够有效地提高网络的物理层安全性能。经过适当的变换,将次用户的安全优化问题转化为一个半定规划,从而可以有效地求得次用户的最优发射方案。另外,针对信道状态信息不确定性的问题,在假设已知信道状态信息误差范围的前提下,采用最差性能最优的方法对系统进行鲁棒性设计,以保证即使在信道状态信息误差最大的情况下,依然可以满足系统的约束条件。最后,通过仿真验证了算法的有效性。     

一种网络编码和信道编码的联合设计

网络编码技术可以大幅度提高网络的吞吐量和鲁棒性,因此已成为近年来的研究热点。在研究无线网络中物理层网络编码技术的基础上,提出了多址信道中一种联合网络编码和信道编码的设计方案。该设计利用LDPC码和网络编码的线性特性以及软输入软输出模块设计,不仅减少了编译码的复杂度,而且在高的信噪比情况下可以获得良好的性能。仿真结果表明,该设计方案不仅容易实现,而且性能接近网络信道容量的上限,相比传统的设计技术至少能够提高1．6倍的增益。