认知NOMA系统中基于IRS的V2V网络物理层安全性能研究

认知非正交多址接入(NOMA, Non-Orthogonal Multiple Access)和智能反射面(Intelligent Reflecting Surface, IRS)由于其高频谱效率和低功耗而被认为是车联网两种有前景的技术。本文考虑恶意窃听者存在时基于认知NOMA的IRS辅助的车—车(Vehicle to Vehicle, V2V)网络,在不考虑信道估计误差的情况下,从安全性和可靠性两个角度研究了认知NOMA系统中基于IRS的V2V网络物理层安全性能,推导了双瑞利衰落信道下的中断概率和截获概率解析表达式,最后通过蒙特卡洛仿真进行了验证。结果表明,通过对源车辆发射功率、车辆间距离、IRS反射单元数量、目标速率以及功率分配系数等参数进行优化,能够进一步提升V2V网络的物理层安全性能。     

基于智能反射表面辅助和信息年龄度量的安全状态更新

为满足万物互联和物理层安全的要求,针对存在多个窃听者和多个合法用户的状态更新系统的通信安全问题,提出了一种利用智能反射表面（IRS）辅助的安全波束成形设计方法实现主动防御。同时,考虑了状态更新场景下对于信息新鲜度的要求,引入平均保密年龄和保密年龄中断概率的信息年龄（AoI）性能指标,在发射功率、状态更新概率和IRS反射相移的约束下,联合优化基站发射波束成形矩阵、IRS相移和状态更新概率,从而保证状态更新的同时最大化系统安全性。针对系统的动态性和复杂性以及非凸优化问题的挑战性,提出了一种基于深度双Q网络（DDQN）算法的安全波束成形方法,以实现动态环境下针对窃听者的最优波束成形策略。仿真结果表明,本文提出的基于DDQN的安全波束成形方法可以显著提高IRS辅助状态更新系统的安全性。     

基于分层编码的物理层安全多播算法

多播系统的保密容量受限于系统中最差用户的信道质量,并且传统的添加人工噪声的物理层安全单播技术不能直接应用于多播传输中。为了解决以上问题,该文提出一种基于分层编码的物理层安全多播算法。该算法在保障用户不同的保密QoS需求的前提下,最大化系统保密容量。从仿真分析看,本文的次优化算法的系统性能十分接近最优化算法,并且计算复杂度明显降低;与此同时,算法功效超出了传统安全多播算法。     

基于直传和全双工中继的CR-NOMA系统中断性能分析及功率分配研究

非正交多址接入(NOMA)是5G网络的关键候选技术之一,与认知无线电(CR)技术相结合形成的CR-NOMA系统,能够实现更高的频谱效率、更大的吞吐量和更低的传输延迟。本文将协调直传和中继传输(CDRT)技术引入CR-NOMA系统,其中CDRT表示次级源(SS)直接与近端用户通信,而仅通过中继与远端用户通信。在非理想串行干扰消除(SIC)和全双工(FD)中继情况下,推导了NOMA用户中断概率(OP)的精确闭式表达,并获得了在干扰温度限制(ITC)或者SS发射功率趋近于无穷时,用户OP的渐近表达式。此外,基于用户公平性和OP性能,提出用户功率分配因子优化算法。蒙特卡洛仿真验证了理论分析与实验结果的一致性。经过所提算法优化后,用户之间的公平性增加,系统总速率明显增大。     

基于干扰对齐的中继MIMO窃听信道安全传输机制

考虑MIMO无线中继网络的安全传输问题,网络中每个节点配备多天线,可获得全部信道状态信息。将干扰对齐与协作干扰相结合,通过预编码使干扰机发送的干扰信号与发送端发送的人工噪声在合法接收端对齐,并与保密信号子空间相互独立,合法接收端可将干扰与人工噪声消除。在窃听端干扰、人工噪声和保密信号处于同一子空间,窃听端无法消除干扰和人工噪声,窃听性能受到较大的抑制。给出了发送端、中继端和干扰机的信号发送和预编码方案,以及合法接收端的干扰消除方案,并从保密速率和保密中断概率两方面对系统的安全性能进行分析和仿真。仿真结果表明,相比于其他系统,保密速率提升,而中断概率下降。     

衬底式安全工业物联网中的协作MIMO优化研究（英文）

本文研究协作多输入多输出（cooperative multi-input multi-output,C-MIMO）系统中的物理层安全技术,该技术可以被用于主次用户共存的衬底式认知无线电网络,并通过提高次级C-MIMO接收机的安全速率同时减少对主用户的干扰来实现上述安全通信范式。该通信模型尤其适合应用于基于非授权频谱的工业互联网安全传输场景,可以实现频谱效率和安全速率的有效平衡和折衷。为此,我们提出一种特征空间自适应预编码（eigenspaceadaptiveprecoding,EAP）方法,并给出在单站发射功率约束和干扰功率约束下的安全速率优化问题。通过将原始优化问题分解为预编码特征空间选择和功率分配两个子问题,来实现安全预编码器的设计,其中,特征空间由发射机根据主用户和次级用户的信道条件进行自适应选择。此外,本文针对海量设备、大维天线系统提出一种简化的EAP方法,该方法充分利用大维天线的空间自由度来降低安全预编码优化的复杂度。仿真结果表明,在自适应选择的特征空间中传输信号和人工噪声,C-MIMO系统可以完全消除保密中断概率,获得相比固定特征空间预编码方案更高的安全速率。此外,针对大维...     

(研究生论坛)采用机会调度和传输天线子集选择相结合的STBC-MIMO系统的性能分析

本文主要提出了一种结合机会调度(OS)和发射天线子集选择(Tx-AnSS)的STBC-MIMO系统并对它进行了性能分析,其中用户和天线子集是根据从接收端反馈的信道状态信息(CSI)而自适应选择的。首先推导得到了平均有效信噪比、符号误码率以及中断概率的解析表达和近似表达式,分析结果表明在结合多用户分集(MUD)和发射天线子集选择的STBC-MIMO系统相对于没有多用户分集和发射天线子集选择的系统提供了更大的分集合更好的性能。 此外,通过渐近分析得到了基于中断概率的分集增益的量化表达式。最后,通过相应的仿真结果很好的验证了分析结果。     

符号干扰多径信道下可达信道容量的预编码方案

提出了一种基于发射端已知信道状态信息(CSIT)的预编码方案,使发送和接收两端仅进行一次预编码和一次均衡运算就能获得多径满分集增益和逼近高斯理想信道的瞬时容量。首先,根据采用最小均方误差(MMSE)均衡的单载波频域均衡(SC-FDE)系统收发两端的互信息,给出一个收发互信息的理论上界。然后,发射端在已知CSIT条件下给出可达互信息理论上界的预编码方案,并且通过理论分析给出可达上界的预编码方案中断概率性能的闭合表达式。仿真结果表明:该方案能够有效改善系统的中断概率性能,在瑞利ISI信道下,能够将单纯采用MMSE均衡的SC-FDE系统的中断概率所需信噪比降低2~3dB。同时,该方案所能达到的瞬时信道容量逼近于高斯信道下MMSE均衡系统的容量。     

认知多源多中继协作传输中断概率

研究了存在多个主用户发射机和多个主用户接收机时,双跳多源多中继节点的协作潜伏式认知无线电网络的中断概率。基于主用户中断概率的限制,给出一种自适应功率控制策略以调节认知次用户的发射功率。在此基础上,提出采用一种基于信干噪比的"源-中继"选择方案来研究潜伏式认知无线电网络中次用户的中断平台效应。在瑞利衰落环境下,分别推导了次用户目的节点采用最大比合并和选择合并时选择协作解码转发认知网络中断概率准确的闭式表达式。推导过程中,考虑多个主用户发射机在认知次用户目的节点引起的接收信干噪比之间的相关性。结果表明,尽管在高信噪比时存在中断平台效应,但是可以通过增加次用户源节点或可获得中继的数目来有效减小中断平台效应。     

能量采集衬底式认知协作中继网络安全中断概率分析

能量受限协作中继网络频谱利用率低,生存周期短,无线信道开放性所带来的物理层安全受到威胁,对此,将功率信标辅助射频能量采集技术、认知无线电技术和协作中继网络相结合,构建了一种新的中继节点分散布置的能量收集2跳认知协作中继网络;引入单窃听节点对第2跳传输进行窃听,并结合主动和被动窃听方式提出了最优中继选择和次优中继选择方式,推导了2种中继选择方式下次网络安全中断概率闭合式.数值计算和仿真结果表明,主接收节点和中继数目、中继和窃听节点位置设置、能量采集比例、能量转换效率以及信道容量和安全容量阈值都会对次网络安全中断性能产生显著影响.最优中继选择方式下的次网络安全中断性能明显优于次优中继选择方式.功率信标信号功率或干扰约束的增大使得次网络安全中断概率降低,并趋于饱和.     

智能反射面辅助的短包通信系统：时延与安全性能分析

智能反射面(Reconfigurable Intelligent Surface,RIS)以其灵活性、低成本和高效率的特性,被认为是第6代移动通信系统的关键技术之一。为了提高短包通信的性能,提出了一种RIS辅助的短包通信系统。在有限长编码定理的指导下,基于排队论及有效容量理论分析了RIS辅助的短包通信系统统计时延违反概率并得到了闭合表达式;基于物理层安全理论,分析了RIS辅助的短包通信系统遍历保密传输速率并得到了闭合表达式,进一步得到了高信噪比条件下系统遍历保密传输速率闭合表达式。通过蒙特卡罗仿真验证了理论分析结果的有效性,通过增加智能反射单元数量、将RIS部署在靠近发送端或接收端的位置,可有效降低短包通信系统统计时延违反概率、提升遍历保密传输速率。     

基于译码前传的跨层中继选择策略研究

协作中继提高了无线网络系统的可靠性。基于译码前传模式,结合跨层协作思想,提出了一种基于MAC层和物理层的跨层中继选择实现方案。方案首先解决了中继协作时机问题;以最小中断概率为目标,给出了如何选择中继节点以及分配发射功率的方法;最后给出了跨层协作中继选择实现框图及具体步骤。以跨层设计为基础,中继进行选择时可以依据最新的信道状态信息,使选择更加有效;拥有具体的发射功率分配方案,能够更有效地利用发射功率。仿真结果表明,所提方案能够获得更好的中断概率性能。     

卫星通信系统的物理层安全性能分析

由于全球卫星通信系统信道完全开放、天地一体化组网等,导致其通信安全保障面临严峻挑战.而物理层内生的安全机制能够保障卫星通信安全,有效地防止信道窃听.结合天地一体化组网,构建了同时存在地面窃听基站和窃听卫星场景的卫星通信系统安全性能分析框架.基于瑞利衰落信道和Shadowed-Rician衰落信道,分别建立了两类窃听者的...     

基于物理层信息加密的卫星隐蔽通信研究

为了增强卫星通信信号的隐蔽性和安全性,提出一种基于物理层信息加密的加权分数傅里叶变换（WFRFT）调制方式。结合WFRFT的低概率截获特性以及无线信道状态信息（CSI）的动态唯一性,在WFRFT系统中构造一个具有加密性质的酉矩阵,克服了传统WFRFT方法的不足,增加了信号处理的多样性。加密酉矩阵的生成利用了卫星通信系统的物理层信道特征,合法通信双方通过约定方式将合法信道的CSI转化为相位旋转因子,并以此为密钥完成对传输信号的加密和解调。仿真结果表明,经酉矩阵加密后的卫星信号在保持原WFRFT信号统计特性的基础上具有更复杂的星座分布,窃听者的误码率始终保持在0.5左右,有效保证了信息的安全传输。     

协同无线网络中感知传输时间分配与功率控制的联合优化

针对协同无线网络中频谱感知和数据传输两阶段的时间分配及功率优化问题,在充分考虑认知用户在各个信道上的不同传输功率及其对授权用户出现概率的误检或漏检的基础上,提出了放大转发模式下基于最大化系统传输能效的感知传输时间分配和功率控制联合优化方案,并证明了该方案可以通过序列优化的方法来获得其全局最优解.仿真结果表明,协作中继传输方式下所获得的系统传输能效明显优于非中继传输方式,且随着感知传输时间分配比率的减小和授权用户信噪比的增加,系统性能将得到进一步提高.     

认知无线电网络中具有中断概率约束的波束成形

研究了在认知无线电（CR）网络中发送端波束成形的算法设计. 为了保证服务质量,建立了以CR用户的中断概率和主用户的中断概率为约束条件,最小化CR网络发送端功率的数学优化问题. 仿真结果表明,在发送端已知信道协方差误差分布的情况下,所提算法可有效控制各CR用户的发射功率,提高CR网络性能和降低对授权用户的干扰.     

采用PSK调制的安全传输中人工噪声的优化利用

在采用波束赋形和人工噪声的物理层安全传输系统中,利用人工噪声提高合法接收端的性能.发送端根据发送符号和信道系数判断人工噪声的分量是否对合法接收端的信号检测有益,并由此将人工噪声分为有益噪声和普通噪声,分别进行不同的波束赋形处理.在不改变人工噪声干扰窃听端接收的前提下,利用人工噪声提高合法接收端的接收性能.对采用相移键控(PSK)调制时的误码性能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,所提出的人工噪声方案可提高合法接收端的性能,改善保密容量.