利用人工噪声提高合法接收者性能的物理层安全方案

该文研究在采用波束赋形和人工噪声的物理层安全方案中利用人工噪声提高合法接收端性能。发送端根据发送符号和信道系数,判断人工噪声是否对合法接收端的信号检测有益,并针对有益噪声和无益噪声分别设计不同的噪声波束赋形矢量。通过利用有益噪声,在不改变窃听端接收信噪比的条件下,合法接收端的信噪比有较明显的提高。对误比特率和保密容量进行理论分析和仿真,结果显示,与传统的人工噪声方案相比,所提方案可提高合法接收端的性能,改善保密容量。     

不准确CSI下智能反射表面辅助的多用户系统物理层安全方案设计

该文研究智能反射表面(Intelligent Reflecting Surface, IRS)辅助的多用户下行系统中的物理层安全的优化问题。多个用户之间的信息需要相互保密,每个时隙,非信息传输的目标用户视为窃听者,因此这是一个多窃听者的安全传输系统。由于信道的时变性,基站拥有窃听信道的信道状态信息(Channel State Information, CSI)为与真实的CSI间存在误差的过时信息。在此条件下,以系统最坏情况下的保密速率最大化为目标,对基站发射信息信号和人工噪声波束成形矢量,以及IRS的相移矩阵进行联合优化。原始优化问题为非凸半正定规划问题,利用松弛变量、惩罚函数、Charnes-Cooper变换和交替迭代优化等方法将原问题转化为凸问题并求解。仿真结果显示,相较于基准方案,该文所提出的优化算法能有效提高系统的保密速率。     

Turbo-BLAST系统中基于容量的天线选择和功率分配算法

在不完全信道状态信息条件下,提出了一种适用于Turbo BLAST系统的天线选择和功率分配算法。所提算法以信道容量最大化为准则,从所有天线中选取一组天线子集用于发射,并对选择的天线子集进行注水功率分配,以充分利用Turbo BLAST系统的空间复用增益并提高信道容量。在接收端,采用Turbo原理对接收信号进行迭代检测以改善系统的误比特率性能。仿真结果表明采用所提算法不仅可以显著提高系统的信道容量, 而且误比特率性能也得到明显的改善。      

紫外通信与感知一体化：建模与系统优化

针对目前结合感知的通信研究很少,需要建立通信感知一体化的信号模型及系统联合设计优化框架。基于此,给出了紫外通信与感知一体化框架,包括一个发射端、一个感知探测端与一个通信接收端。发射端发射调制信号到通信接收端,进行信息传输。借助于紫外光的非视距散射特性,部分调制信号分量散射至未知探测目标并继续反射到达感知探测端,感知探测端基于接收到的信号进行目标探测。凝练通信收发端信号的互信息作为通信性能指标,感知探测端在给定虚警率下的漏检概率作为感知性能指标,并分析两者与发射端调制参数（高电平功率、低电平功率与先验概率）的关系。分析结果表明了通信与感知性能的权衡关系,并指出了高电平功率应该设定为峰值功率,低电平功率与先验概率应该作为系统设计参数进行优化,在给定互信息下界时最小化漏检概率。     

面向物理层安全的广义随机空间调制技术

针对窃听信道质量优于合法信道质量时的物理层安全传输问题,提出了一种广义随机空间调制技术。该技术利用合法信道的瞬时状态信息随机扰乱比特到符号的映射关系,实现物理层安全传输。首先给出了广义随机空间调制系统的收发机结构。然后计算了合法接收用户的误码率上界和系统保密容量。从误码率上界的表达式得出,所提广义随机空间调制系统可靠性与传统广义空间调制相同,由此可在不损失系统可靠性的前提下实现安全传输。保密容量的计算表明,安全通信速率不随窃听方天线增多而下降,因此能抵抗具备海量天线的窃听者。最后用仿真验证理论分析的准确性和所提方案的有效性。     

基于智能反射表面辅助的MIMO无线通信密钥快速生成

近来,结合智能反射表面(IRS)辅助无线通信的密钥生成技术引发了学界的兴趣。然而目前的工作仅针对在单天线收发(SISO)系统中引入IRS辅助密钥生成,其IRS对密钥生成速率的提升效率不够高。针对此问题,该文研究了基于IRS结合MIMO系统的无线密钥快速生成方案,通过控制IRS反射合法双发与IRS之间的MIMO信号来构建等效的快速信道,可更显著地提升密钥生成速率(KGR)。该文首先从信息论角度对所提方案的密钥速率和安全性进行了分析与证明,推导了密钥速率性能上界的表达式。基于此,从不同的窃听场景出发,分析窃听者分别靠近合法收发方和IRS进行窃听时,其靠近的距离对密钥生成速率性能的影响,发现所提方案在密钥速率和安全性能上均得到显著提升。最后,通过仿真验证了所提方案的有效性和理论分析的正确性。     

一种改进的OFDM水下可见光无线通信系统

在水下直流偏置光无线通信正交频分复用(UOWC-DCO-OFDM)系统中, 为了保证光信号在发射端具有较低峰均比(PAPR)并在水下可进行远距离低误比特率传输,采用了子载波预留、最小二乘算法(TR-LSA)与压扩变换相结合的方法,同时运用优化的神经网络对水下环境进行信道估计,并基于该方法在接收端设计信道均衡器,以应对水下环境对光信号的强衰减。结果表明,UOWC-DCO-OFDM系统的PAPR降低9dB,且在信噪比为10dB时误比特率低于10-3,达到水下无线光通信的误比特率标准。该系统可实现光信号水下远距离、低误比特率传输。     

直接序列扩频分组映射码索引调制

针对直接序列扩频码索引调制发射端使用大量伪随机(PN)码的问题,提出了一种使用较少PN码的分组映射码索引调制方案.该方案在发射端并行设置多个调制子块独立进行幅相调制,同时集中选取各调制子块间同相、正交支路扩频所需的PN码,经索引值大小排序后依次扩频各调制子块中调制符号的同相、正交分量.分析和仿真结果表明,相同频谱效率条件下所提方案比直接序列扩频码索引调制方案使用的PN码个数更少,并在加性噪声信道下,信噪比高于10 dB时,保持着约1 dB的误比特率性能优势,并远优于空间调制在最优检测算法下的误比特率性能.     

反馈时延对闭环多天线系统性能的影响

该文研究了在时间相关信道下反馈时延对基于天线选择闭环多天线系统性能的影响。在这种系统中,接收端根据瞬时最大信噪比准则选择发射端天线,并把选定天线信息通过反馈链路传送给发射端来进行天线选择。文中分析了在时变信道下反馈时延对系统平均容量、容量中断概率及在BPSK调制下系统的误比特率的影响,给出了其关系的解析表达式,数值仿真证明了理论分析的正确性。     

基于实际信道的超混沌保密通信方案

针对宽频混沌调制信号在实际信道中传输时易失真的问题,提出一种基于实际信道的超混沌保密通信方案.该方案在接收端对混沌信号进行滤波并分解为两种信号:滤波信号和滤波后的补信号,滤波信号用来遮掩信息信号,滤波后的互补信号和调制信号求和后送入混沌发生器,保证混沌发生器不受滤波器的影响;接收端和发送端采用同样的结构,保证两个混沌发...     

Optimised secure transmission through untrusted AF relays using link adaptation

A new transmission scheme is presented for a two-hop relay network including two AF relays, considering physical layer security where relays are not able to detect signal with an acceptable bit error rate (BER) but the combined received signal is detected with an acceptable BER at the final receiver. It is assumed that there is no direct path between the transmitter and the receiver (relay network without diversity). Adaptive modulation and coding is utilised at the transmitter and transmission powers of the transmitter and of the relays are continuously adapted provisioning individual average power constraint for each node. Numerical evaluations show that an acceptable performance degradation is seen by the proposed secure relaying scheme compared to the optimum relay selection scheme without security constraint.     

瑞利衰落信道下的网格酉空时调制的研究

酉空时是一种多天线系统信号调制方案,可以在不知道信道状态下进行解调。文中将网格编码与酉空时星座结合运用,性能仿真证明了网格酉空时调制系统非常适合无信道状态信息的无线通信系统,网格编码在一定程度上改进了系统的比特误码率性能。将网格编码下的酉空时调制与未编码的酉空时调制进行对比,结果显示在10^-4的比特误码率下可以得到10～15dB的编码增益。     

基于YCbCr色彩预增强的MISO-4CSK光学相机通信系统

针对光学相机通信中存在的调制带宽受限和光晕 效应问题,提出在发射端基于YCbCr 颜色空间进行色彩预增强处理,从而降低接收端所需光照强度。为进一步提高系统传输容量 ,提出了多输入单输出(MISO)的4CSK调制方案。仿真和实验结果表明:低误码率(<3.8e -3)条件下,系统所需光照强度降低至400-lux,其传输速率达到 21.48 kb/s。     

OFDM系统中基于三维星座旋转的物理层安全加密算法

传统无线通信的安全主要依赖于上层加密机制,无法保护物理层调制方式和调制信息的安全.本文针对正交频分复用（OFDM,Orthogonal Frequency Division Multiplexing）系统提出了一种物理层加密调制算法.该算法首先利用相位随机化的信号进行信道探测并提取出等效信道相位信息,然后对三维星座进行物理层调制加密,最后接收端进行解密解调.该方案充分利用了无线信道相位响应的随机性、互易性和位置敏感性,并将该特性用于增强物理层信号的安全性.理论分析和计算机仿真结果表明该算法具有较强的安全性,且相对于传统的QPSK（Quadrature Phase Shift Keying）调制,该算法的误码率性能提升约2.5dB.本文关注于物理层安全,旨在物理信号层提供新的安全保障,在未来5G通信和军事安全通信中有较广泛的应用前景.     

一种新的混沌同步及保密通信方式

本文提出一种新的混沌同步及保密通信方式。在发送端，将信息信号与混沌载波的和经取模运算后再嵌入混沌动力系统的迭代之中以实现调制；在接收端，用一个相应的非动力学系统从接收信号中提取混沌载波并进而恢复信息信号。研究表明，该混沌同步方式具有较强的抗干扰能力并且实现容易；该保密通信系统保密性能良好。     

基于IRS辅助的SWIPT物联网系统安全波束成形设计

为满足绿色万物互联的智能信号处理部署和物理层安全的新要求,针对基于智能反射面辅助的无线携能通信物联网系统中可持续能量供应紧缺问题,提出了一种安全波束成形设计方法。考虑保密速率、发射功率和IRS反射相移约束,以最大化能量采集器采集功率为目标,联合优化基站发射波束成形矩阵和干扰机协方差矩阵以及IRS相移,将优化问题建模为具有二次型约束的非凸二次型规划问题。利用松弛变量、半定松弛法、辅助变量和序列参数凸逼近法将非凸的二次型问题转化为等价的凸问题,并提出一种交替迭代优化算法获取原问题的可行解。仿真结果表明,所提算法能够快速收敛,且与基准方案相比能有效地提升性能。     

Variable-rate variable-power MQAM for fading channels

We propose a variable-rate and variable-power MQAM modulation scheme for high-speed data transmission over fading channels. We first review results for the Shannon capacity of fading channels with channel side information, where capacity is achieved using adaptive transmission techniques. We then derive the spectral efficiency of our proposed modulation. We show that there is a constant power gap between the spectral efficiency of our proposed technique and the channel capacity, and this gap is a simple function of the required bit-error rate (BER). In addition, using just five or six different signal constellations, we achieve within 1-2 dB of the maximum efficiency using unrestricted constellation sets. We compute the rate at which the transmitter needs to update its power and rate as a function of the channel Doppler frequency for these constellation sets. We also obtain the exact efficiency loss for smaller constellation sets, which may be required if the transmitter adaptation rate is constrained by hardware limitations. Our modulation scheme exhibits a 5-10-dB power gain relative to variable-power fixed-rate transmission, and up to 20 dB of gain relative to nonadaptive transmission. We also determine the effect of channel estimation error and delay on the BER performance of our adaptive scheme. We conclude with a discussion of coding techniques and the relationship between our proposed modulation and Shannon capacity     

CAP-DPIM可见光混合调制方案

针对可见光通信系统传输性能问题,文章提出了一种无载波幅度相位(CAP)调制与数字脉冲间隔调制(DPIM)结合的混合调制方案。该方案分别利用两者频谱效率和功率效率较高的特点,发送端在脉冲间隔调制的脉冲时隙加载直流偏置光CAP(DCO-CAP)信号,实现混合调制信号的并行生成,接收端通过门限检测和最大似然检测完成混合调制信号的串行解调。推导了室内可见光高斯信道下混合调制方案的误码率(BER)及误帧率(FER)解析表达式。此外,从频谱效率和FER两方面对比分析了该混合调制方案与传统DPIM及DCO-CAP方案的性能优劣。数值仿真结果表明:当频谱效率相同时,混合调制方案较单一调制有更高的可靠性。     

一种改进的无边带信息PTS-OFDM系统

部分传输序列(PTS)技术是减小OFDM信号峰均比的一种有效技术,具有无失真,性能优越的特点,但存在计算复杂度高以及需要传输边带信息(SI)的缺点,会增加系统开销,降低有效数据传输率.本文提出了一种无需单独传输SI信息的PTS优化方案,给出了实现方案及系统控制策略,并对该系统的峰平比和误码率性能进行了Matlab仿真和分析.结果表明,提出的PTS方案在不降低系统数据率的情况下可以有效改善OFDM信号的峰均比特性以及系统BER性能,且不受调制方式影响.     

一种利用线性调频信号的新型扩频调制技术

根据上扫频和下扫频线性调频(LFM)信号的特性,针对传统的超宽带无线通信系统中线性调频扩频技术存在的调制效率低、误码率性能低、实现复杂高等问题,结合线性调频(Chirp)扩频以及循环移位编码(CCSK)扩频,提出了一种基于线性调频信号的循环移位线性调频扩频技术(CS-CSS).首先,将输入数据映射在循环移位因子(CSF)上;然后,根据CSF数值对基带所产生的Chirp信号进行循环移位达到调制的目的;最后,在解调端经过加窗处理、快速傅里叶变换(FFT)得到与发射端对应的CSF,从而得到发送的数据.误符号率的仿真结果与理论推导公式相吻合,从调制效率和误码率性能上讲,该方案相比线性调频二进制正交键控(Chirp BOK)系统具有超过10 dB的误码率性能.因此,该方案具有更好的误码率性能、更高的调制效率及实现更低的复杂度.