双模索引辅助广义空间调制系统设计

广义空间调制（Generalized spatial modulation,GSM）技术通过选择部分发射天线来传输信息,该系统由于部分天线保持静默而造成系统传输速率低。为了提高系统的传输速率,将GSM系统的所有发射天线均激活,但该系统在接收端依旧很难恢复出发射信号。为了达到传输速率与系统性能这两方面的平衡,本文提出双模广义空间调制系统,该系统将每时隙发送的信息比特分为索引比特和星座调制比特,利用索引比特将所有发射天线分为两组,将两种可分辨的星座调制符号分别放在两组天线上同时进行发送,在接收端采用最大似然算法（Maximum likelihood,ML）进行检测解调得到发送符号。通过分析与仿真表明,在误比特率为10^-3时,双模广义空间调制系统与发射总功率且传输速率均相同的GSM系统和多输入多输出（Multiple input multiple output, MIMO）系统相比,前者采用低阶调制方式来最大化星座点间的欧氏距离,将获得约4 dB的增益,后者在接收端可通过功率索引来提升检测算法性能,将获得约2 dB的增益。     

广义空—码联合索引调制

针对空间调制天线利用率低、广义空间调制传输速率低等问题。本文将广义空间调制和码索引调制相结合,提出广义空-码联合索引调制(generalised space code joint index modulation, GSCJIM)。信息比特在发射端经串并转换后分别映射为伪随机(pseudo noise,PN)码索引、天线索引以及调制符号,调制符号的实部和虚部分别选择激活的伪随机码进行扩频,并通过激活的天线组合将信号发射出去。广义空间调制和码索引调制的结合,提升系统传输速率的同时也提高了天线的利用率,并且抗干扰性能显著增强。分析与仿真结果表明,在传输速率相同时,GSCJIM比广义空间调制节省了索引资源,并且当误比特率为10_-3时具备5dB的性能优势。     

直接序列扩频广义码索引调制

针对码索引调制(code index modulation,CIM)在通过增加映射比特数目的方式提升信息传输速率时,需要耗费大量的伪随机(pseudo noise,PN)码资源的问题,提出了广义码索引调制(generalized code index modulation,GCIM)。发射端的信息比特分割为映射比特和调制比特,并分别映射为PN码组的索引和调制符号。调制符号的同相部分和正交部分再分别选择激活的PN码组进行扩频。通过增加每个传输时隙PN码的激活个数,可提高映射比特数目,提升系统的频谱效率和能量效率。仿真结果表明,在相同频谱效率时,该方案相对于CIM会造成高斯信道中约2 dB和瑞利衰落信道中约1 dB的误比特率性能的不足,但是GCIM耗费更少的PN码资源。     

二维空码索引调制算法

针对正交空间调制（QSM）提升传输速率时天线的使用数量增加,需要耗费大量资源且实现困难的问题,提出二维空码正交索引调制（SCOIM）。发射端信息比特分别映射为伪随机（PN）码的索引、天线的索引以及调制符号,调制符号的同相部分和正交部分再分别选择激活的PN码进行扩频,并各自通过激活的天线将信号发射出去。分析和仿真结果表明,相同传输速率时,SCOIM比正交空间调制节约至少一半的索引资源且随着传输速率的提升节约效果成倍增加,并且当误码率为10^-4时具备约5 dB的性能优势。     

结合天线选择的空间调制及性能仿真

提出了一种分组映射空间调制方案。每个时隙中有多个发射天线被同时激活,结合幅度相位调制技术,每根选中的天线发射不同的符号,并且所激活的特定天线序列也携带相应信息。相对传统空间调制技术而言,该方案可以有效地提高空间调制系统的频带利用率和传输速率。Rayleigh衰落信道的仿真结果表明,所提方案的误比特率（Bit Error Rate,BER）性能优于传统的空间调制与多输入多输出（Multi-Input Multi-Output,MIMO）技术。方案可进一步结合发射天线选择（Antenna Selection,AS）技术,提高系统的传输质量。实际多极化MIMO信道的测量和仿真结果表明,在发端天线选择数目均相同时,分组映射调制的性能明显优于空间调制,结合AS的调制系统性能明显优于未结合AS的系统。     

基于分层编码的空间调制系统设计

空间调制(SM)作为一种新颖的多天线传输方案,独创性地将输入比特与发射天线序号构成一种映射关系,用来承载一定的发送信息。但该方案通过单层调制模式将发送比特映射到均匀分布的信号星座点上,极大地限制了系统性能的提升。在星座点映射上采用分层编码调制(SCM)技术,满足了同一传输时隙上不同数据业务的不同服务质量(Qo S)要求,并有效提升系统性能。基于SCM的原理,提出了一种低复杂度的检测算法。仿真结果表明,新算法的检测性能近似最大似然(ML),且接收端复杂度随调制阶数呈线性增加。     

BICM-ID中一种新的8PSK星座映射

在比特交织编码调制及迭代译码(BICM-ID)系统基础上,设计一种8PSK调制星座映射方法。该方法以映射符号之间的平均近邻汉明距离为设计准则,将8PSK调制的符号分为2组半径和相位不同的QPSK调制的映射符号,通过调整半径减小星座映射符号之间的平均近邻汉明距离。性能分析和仿真结果表明,与其他BICM-ID中的8PSK星座映射相比,在低信噪比下,该方法的误比特率更低。     

一种广义空间调制系统的低复杂度检测算法

针对广义空间调制(GSM)系统中信号检测复杂度过高的问题,提出一种采用分组检测方式的低复杂度检测算法。首先发送端根据激活天线数对发射天线进行分组,每组激活一根天线用于传输调制符号,然后提出算法基于这种发射天线组合方式,在接收端做相应的分组串行检测。分析和仿真结果表明,该检测算法能以极低的检测复杂度获得与最大似然检测算法(MLD)相近的误比特率(BER)性能。     

高阶调制下Turbo—BLAST系统性能

将高阶调制技术用于Turbo-BLAST系统,提出一种结合高阶调制的Turbo-BLAST系统模型.在发送端级联卷积编码、高阶调制和V-BLAST结构,以提高系统的数据传输速率和频谱利用率;在接收端采用软干扰抵消的最小均方误差(Minimum mean square error,MMSE)检测器和软输入软输出(Soft input soft output,SISO)信道译码器相级联,并利用Turbo译码思想进行迭代检测,以提高系统增益.在Turbo-BLAST迭代接收机中,需要由SISO信道译码器反馈的比特似然度来估计软干扰抵消的符号.本文还提出了一种格雷星座映射下直接由各个比特的似然度恢复MMSE检测所需反馈符号的方法,并对不同调制方式以及不同天线数目的系统性能进行了仿真,仿真结果表明,采用高阶调制可以显著提高系统的传输速率和频谱利用率.     

联合信道非相干网络编码调制方法

针对时变双向中继信道下的物理层网络编码问题,提出多天线场景下不需要信道状态信息的联合信道编码的非相干物理层网络编码调制和检测方法。首先,为了实现物理层网络编码,设计了源节点的空间调制矩阵。然后,将差分空间调制与物理层网络编码结合,推导得到中继节点处叠加信号的最大后验概率检测表达式。同时,结合叠加信号的星座图,设计从叠加星座到中继转发符号的映射方案。最后,利用信道编码的线形结构,结合比特交织、信道译码与软入软出检测算法,进而得到联合信道-差分物理层网络编码迭代检测方法。仿真结果表明,所提方法能在双向中继场景下实现物理层网络编码的非相干传输与检测,有效提高了系统的吞吐量和频谱效率。     

基于非对称信道的双向中继传输方案

针对双向中继系统广播时隙的两信道质量非对称时数据传输率受弱链路质量影响而使强链路质量信道增益未被充分利用的问题,提出一种新的传输方案。该方案采用先验比特信息方法,弱链路质量的节点在接收信号时利用已知比特信息,通过映射的子集来解调信号,使符号间的最小欧氏距离变大,两链路以与各自质量所对应的数据传输率进行传输,同时能达到两链路相同误比特率的要求。仿真结果表明该方案可应用到非对称信道的双向中继实际场景。     

一种可扩展的广义空移键控调制系统设计

5G车联网中的不同传输业务对高可靠、可扩展和低功耗的通信性能有较高要求,为此,设计一种新型高可靠、可扩展的广义空移键控调制(GSSK)系统。在发射端提出一种基于Butson Hadamard矩阵的广义空移键控调制(BHSSK)方案,通过引入具有正交性和可扩展性的Butson Hadamard矩阵,采用循环加权方法构造符号选择矩阵,将矩阵的列作为符号向量并调制到激活的天线组合上进行发送。针对检测复杂度对车联网下通信可行性的影响,在接收端提出一种基于方向夹角加权排序检测(DWOD)算法,通过设计发射天线组合的权重因子构造天线组合搜索空间,并设置判决收敛门限以减少信号检测的搜索范围,在保证可靠性的同时降低检测复杂度。Matlab仿真结果表明,BHSSK以较少的天线实现相对较高和可扩展的频谱效率,相比GSSK、GSM、MA-SM和HSSK分别达到约8dB、3dB、3dB和0.6dB的误码率性能增益。DWOD算法在达到近似最优误码率性能的同时,其复杂度减少了约40%~70%。     

物理层安全星座模糊设计方法的性能研究

物理层安全加密技术是一种有效保证信息安全传输的物理层安全方法。此技术通过相位旋转、调制星座多样性、符号模糊、幅度调节和符号顺序变化等手段设计信号星座,保护调制方式与调制符号信息。现有的物理层安全加密技术存在密钥共享不保密和星座模糊度不足等缺点。多符号模糊(Mutiple Inter-symbol Obfuscation,MIO)方案采用人工噪声符号密钥与已调符号矢量叠加的加密方法来解决星座模糊度不足的问题。受MIO的启发,文中将信道系数与已调符号矢量叠加,提出了一种基于星座模糊设计(Constellation Obfuscatio Design,COD)的物理层安全加密方案。在TDD模式和信道互易的条件下,将合法信道的信道系数作为密钥,来解决密钥预分享不保密的问题。文中详细介绍了发端加密与合法接收端解密的完整传输过程,并针对高阶累积量的调制识别和智能攻击型窃听者进行接收处理分析;推导出瑞利衰落信道下的合法接收端误码率理论公式;对合法接收端、高阶累积量的调制识别窃听端和智能攻击型窃听端的误码率进行仿真,并对比了MIO方案合法接收端、窃听端的性能。仿真结果显示:合法接收端误码率为1×10-4时,COD方案的信噪比比MIO方案的低6 dB;对COD方案加密后,当信噪比为0时,调制识别成功率为11.8%,调制识别成功率最高可达25%且在信噪比大于40 dB后保持稳定;前3个数据包中,COD方案智能攻击型窃听端的误码率始终为0.284,知晓起始密钥的MIO方案窃听端的误码率则较低;信噪比在0~54 dB范围内时,合法接收端的误码率性能始终优于调制识别窃听端和智能攻击型窃听端。因此,所提COD方案能够保障安全通信,抵御调制识别和智能攻击型窃听者的攻击,并且COD方案的有效性和可靠性均优于MIO方案。     

Robust Walsh–Hadamard transform-based spatial modulation

This paper presents a combination of spatial modulation (SM) and Walsh–Hadamard transform (WHT) for achieving robustness against wireless fading channels. The WHT operation merge together SM transmitting symbols, where the number of symbols depends on the order of WHT matrix. A WHT matrix of order two merges two transmitting symbols by their sum and difference, therefore both the symbols mutually carry their information which results in a diversity gain. A bad noise sample might corrupt completely a symbol, while transmitting the combined symbols allows to average out the noise and have a lower noise variance in average. This kind of approach has been used for generalized frequency division multiplexing (GFDM) and space–time block coding (STBC) with WHT matrix of order two, and thus achieves a diversity gain of two. Unlike, the conventional communication schemes like GFDM and STBC, the use of WHT in SM is not straight forward due to the two information carrying domains, i.e. antenna index, and transmitted symbols. A simple WHT of the SM symbols causes a degraded bit error rate (BER) performance due to the fact that the WHT of these symbols results in some transmit symbols having zero energy. To overcome this problem, we use the phase shifting trick. The required phase shift depends on the order of the WHT matrix and M-ary phase shift keying (M-PSK) modulation scheme. Before the WHT of the transmit symbols, the phase of each constellation point is shifted by a certain angle that is different for each symbol and thus overcomes the problem of transmit symbols having zero energy after the WHT operation. The proposed scheme is evaluated under maximum received ratio combining (MRRC) and optimal Maximum likelihood (ML) detector. The complexities of both MRRC and ML are calculated for WHT–SM. Extensive simulations are presented for the proposed WHT–SM system with and with-out the phase shifting approach. It is shown, how the WHT matrix order and modulation level M effects the performance of WHT–SM system with-out the phase shift approach. The impact of high diversity gains is discussed and shown in the simulation results. The proposed scheme achieves a superior BER performance compared to the conventional SM scheme.     

基于极化状态调制的无线通信物理层安全传输技术

针对无线通信系统中物理层信息安全风险问题,提出了一种基于极化状态调制的物理层安全传输技术。在无线通信中,引入极化状态调制,在经典的空域、时频域的基础上,增加了对信号极化域的描述。一方面,设计高维星座映射方案,利用信号的幅度、相位和极化状态共同承载信息,将传统调制技术和极化状态调制有效地结合在一起;另一方面,在高维星座映射方案的基础上,进一步设计基于去极化效应的信道预编码机制,通过增大Bob和Eve在极化域的信道差异实现物理层保密传输。安全性分析和仿真实验结果表明,利用该机制能够提升系统的保密容量,在接收信噪比为22dB时,窃听者接收到的星座图仍然是十分紊乱的,无法恢复出有效信息。     

基于物理层网络编码的通信信号分析方法

针对物理层网络编码(PNC)系统难截获的特点,为了实现基于物理层网络编码通信信号的盲恢复,提出一种基于译码辅助的盲恢复算法。该算法首先对第二时隙映射信号进行分析,主要包括调制参数和编码参数等信息;其次,对第一时隙同频混合信号进行最佳采样点分析,通过聚类匹配的方法对采样点信息进行判决;最后,利用译码算法对判决信息进行分组纠错,恢复通信双方的信息序列。实验结果表明,所提算法能够成功实现PNC混合信号的盲恢复,在信噪比为11dB时,误码率可以达到10-3。     

基于多碱基组合映射编码和DNA计算的一次一密算法

为增强密码方案安全性,利用多碱基组合映射编码,采用模拟DNA生物操作的方式,提出了一种一次一密加解密方案。方案主要采用分段加密的机制,利用多碱基组合映射编码规则编码明文信息,通过Logistic逻辑映射系统生成随机数构造一次一密密钥本,为每一个明文段选择不同的密钥。加解密算法运用DNA碱基运算规则,并将部分参数和最终密文经过处理后通过安全信道传送给解密方。对图像的仿真和安全性的分析表明,密钥本的制作基于混沌映射和多碱基DNA编码规则两层操作,密钥空间足够大,并且攻击者在密文图像中得不到任何有用的统计数据,另外,随着需要加密的明文数据量增加,攻击者完全破解所需计算的密钥空间量呈指数级增长,增强了算法安全性。     

云存储环境下移动终端信息隐匿方法研究

为了提高云存储环境下移动终端信息存储的安全性,需要进行信息隐匿算法设计,提出一种基于双曲椭圆线性编码加密的云存储环境下移动终端信息隐匿方法。构建移动终端信息编码数字密钥,采用双线性映射方法进行云存储环境下移动终端信息隐匿编码的统计量设计,采用比特序列分块匹配方法构建移动终端信息加密协议,结合混沌编码方案进行信息隐写过程中的块内频数检测设计,采用双曲椭圆线性编码加密方法提高云存储环境下移动终端信息隐匿的深度,根据随机性检测结果实现云存储环境下移动终端信息连续码元隐匿设计。仿真结果表明,采用该方法进行云存储环境下移动终端信息隐匿的加密性能较好,抗攻击能力较强,提高了数据存储的安全性。