协作非正交多址接入系统的性能分析

为了研究协作非正交多址接入(non-orthogonal multiple access, NOMA)系统的性能,分析了协作NOMA系统的信息速率,构建了协作NOMA系统的能量效率函数.降低协作NOMA系统的复杂度以及移动用户之间的干扰,给出了基于信道状态排序的用户组队方案.仿真分析了发射功率和移动用户数对协作NOMA系统信息速率以及能量效率的影响,结果表明协作NOMA系统的性能优于传统的正交多址接入(orthogonal multiple access, OMA)系统.     

基于人工噪声和NOMA安全传输策略分析研究

物理层安全技术利用无线信道特征来实现信息的安全通信,有效克服了传统安全技术依赖于窃听者有限计算能力的缺陷。此外,由于非正交多址接入技术（NOMA）满足多用户同时接入,大大提高了频谱效率而备受关注。针对下行多输入单输出（MISO）系统的安全和速率（SSR）最大化问题,提出了一种基于人工噪声（AN）的NOMA波束成形方案;构建了满足用户最小安全中断概率的约束条件下的SSR最大化问题,并确定最优传输参数闭合表达式。最后,通过数值结果验证了所提方案优于传统的基于AN的正交多址方案和没有AN的NOMA方案。     

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。     

基于协作功率被动调整的 MIMO 系统安全容量算法

在由一个发射者、一个合法接收者、一个窃听者以及一个协作者组成的高斯MIMO系统窃听信道,发射者发射保密消息给合法接收者,同时协作者发射独立于保密消息信号的协作干扰信号,以此来干扰非法接收者对保密消息的接收。利用正定矩阵的性质获得了基于功率被动调整的协作干扰信号协方差矩阵的次优解,随后通过将高斯干扰信号看作高斯背景噪声,更新了发射者的发射协方差矩阵。仿真结果表明,该算法能够进一步提高MIMO系统的安全容量。     

基于广义空移键控调制的物理层安全方案

提出一种基于广义空移键控调制的多输入单输出系统中的物理层安全传输方案。发射端利用合法接收者反馈的信道信息对发送信号进行预处理,使合法接收者接收的来自各发射天线信号的相位对齐;同时进行相位旋转来增加星座点间的距离,从而提高合法接收者的接收性能,降低误码率。而窃听者接收到的各信号的相位仍然为随机分布,接收性能明显低于合法接收者。对合法接收者和窃听者的误比特率和保密容量进行了理论和仿真分析。理论和仿真结果表明,所提方案能明显降低合法接收者的误比特率,即使在合法信道性能比窃听信道性能要差的情况下,系统仍然能实现保密传输。     

基于多RIS优化的空间调制安全传输映射策略

为保证信号传输的抗窃听安全,提出了一种可重构智能表面( RIS)辅助空间调制的安全传输映射策略。 首先,发射端通过与 RIS 间的瞬时信道质量选取不同空间调制和星座调制的映射模式提升窃听难度。 为保证合法接收者的保密速率和误码率,以最大化合法接收者的信噪比为目标,优化 RIS 的位置和相移。 同时,利用梯度投影法解决 RIS 相移的非凸恒模约束问题。 仿真结果表明,在较低信噪比下,所提安全传输策略能满足接收者的性能。在瞬时映射模式下,窃听者无法正确解码窃听信息,有效地保证了系统的抗窃听安全。     

退化高斯窃听信道下极化码加密编码算法研究

针对退化高斯窃听信道下的物理层安全问题,本文提出了一种基于极化码的物理层加密安全编码算法。该算法将信道分解为安全信道集合及非安全信道集合,并利用安全信道发送的信息对非安全信道发送的信息加密后再进行编码,从而实现数据信息传输的可靠性和安全性。理论分析及仿真试验结果表明:在退化高斯窃听信道下,所提出的加密编码算法能保证合法用户间的可靠通信、防止窃听者破译数据信息,提高了通信系统的可靠性和安全性。此外,该算法利用安全信道和非安全信道发送数据信息,有效地节省信道资源,提高信道利用率。     

空间调制系统中的人工噪声抗窃听安全传输方案

提出一种空间调制系统中利用人工噪声的物理层安全方案。通过发送天线序号和幅相调制符号来传输信息,而未发射幅相调制符号的天线发送位于合法信道零空间上的人工噪声,不影响合法接收者的信号检测,但干扰窃听者的信号检测过程。对系统保密速率、合法接收者和窃听者的误比特率上界进行理论分析,并进行仿真验证。理论和仿真结果表明合法接收者的误特率明显低于窃听者,误比特率在0.5附近,能获得可观的系统保密传输速率。     

车联网CR-NOMA系统物理层安全性能分析

认知无线电—非正交多址接入（CR-NOMA）能够满足第5代移动通信系统的大规模连接,实现车联网的低时延、低功耗和广覆盖。针对协作CR-NOMA的车联网络,基于保密中断概率分析了主用户的物理层安全传输性能,并研究了次用户发射信噪比、次用户数量、保密速率以及功率分配系数对主用户保密中断概率的影响。仿真结果表明,在窃听者存在的情况下,通过增大次用户发射信噪比、选取次用户数量以及合适的目标速率能够降低主用户的保密中断概率,从而提升主用户系统的物理层安全性能。     

广义空间调制系统中的物理层抗窃听传输方案

为实现信息的保密传输,提出一种基于广义空间调制技术的物理层安全方案.发射端根据合法信道的状态信息对信号进行预处理,使合法接收者接收到来自各激活发射天线的信号相位对齐,并对不同激活天线组合的信号进行不同的相位旋转,提高合法接收者的接收性能.而窃听者接收到的信号相位仍然为随机分布,接收性能远低于合法接收者,有效地保护通过天线索引传输的信息.发送端同时发送指向窃听者的人工噪声,保护通过幅相调制携带的信息不被窃听.对保密容量、误码性能和信号与人工噪声的功率分配进行理论分析,仿真结果表明,通过合理分配功率,合法接收者的误码性能明显优于窃听者,能获得可观的系统保密容量.     

保密MIMO无线携能系统的鲁棒能效优化

针对多输入多输出无线携能系统,研究了在多个窃听者存在且其信道状态信息不准确情况下的保密能量效率优化问题．在最大发射功率和最小收获能量的约束条件下,通过联合设计波束成形矩阵、辅助噪声方差矩阵和功率分配比,最大化系统最差情况的保密能量效率．基于分式理论,将原来的非凸分式问题转换成易处理的减式形式．通过S-procedure和一阶泰勒级数展开,将难于处理的非凸问题转化为凸问题．在此基础上提出了基于Dinkelbach方法的两级优化迭代算法,仿真结果验证了该算法的有效性和收敛性．     

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.     

量子LDPC码在量子密钥分配中的应用

首先将BB84密钥分配协议等价成一个特殊的Wire-tap信道模型,即主信道是比特翻转率为0.25ε的二进制对称信道,窃听信道是删除概率为(1-ε)的二进制删除信道;然后利用量子LDPC码CSS(C1,C2)的编码方法和性质实现BB84协议下的Wire-tap信道的安全通信,同时证明了BB84协议的安全性;最后,通过计算该特殊的Wire-tap信道的安全容量,得到了基于量子LDPC码的BB84协议的可容忍误码率.     

基于统计信道状态信息的多波束卫星系统安全波束成形设计

由于卫星通信的广域覆盖特性和信道的广播特性,使得通信过程存在被窃听的风险.为增强多窃听场景下多波束卫星通信系统的安全性,在已知统计信道状态信息条件下,本文分别针对总发射功率最小化和安全速率最大化问题,提出了相应的波束成形(beamforming,BF)方案.首先,以安全速率为约束建立总发射功率最小化问题,通过拉格朗日乘...     

Analysis of physical layer security performance for satellite communication systems

Due to the openness of the wireless medium and construction of the space-ground integrated information network,satellite communication (SATCOM) systems are facing severe security challenges.Physical layer security technology can guarantee secure satellite communication and effectively prevent the channel from being eavesdropped.By taking into account the space-ground integrated information network,a security performance analysis framework is developed for the SATCOM system with the existence of a ground eavesdropper and a satellite eavesdropper.Based on the Rayleigh fading channel and Shadowed-Rician fading channel,eavesdropping models of two eavesdroppers are provided,respectively.Regarding the non-collusion and collusion strategies employed at eavesdroppers,the exact expressions for average secrecy capacity (ASC) and secrecy outage probability (SOP) are derived under the two strategies,respectively.Simulation results show that a growing transmit power can improve ASC with SOP unchanged at the same time.Reducing the signal noise ratio at the satellite eavesdropper can provide a better secrecy performance for the SATCOM system than decreasing the signal noise ratio at the ground eavesdropper.     

随机移动终端协同干扰下的安全传输增强机制

终端用户移动是移动网络的一个主要特征。目前,关于物理层安全的研究很少考虑用户移动性对通信安全性能的影响。该文研究了随机移动用户的协同干扰物理层安全机制,推导了随机移动场景中协同干扰下的遍历安全容量,并与静态场景下的协同干扰方案进行了比较。通过数学证明,揭示了具体参数对安全性能的影响。数值结果表明,随机移动场景下协同干扰机制的安全容量和安全能效均有提高,实现了传输安全性的增强。     

基于多元LDPC码的多用户协作方案

与Turbo码相比,多元LDPC码有更好的waterfall和error floor性能。该文将多元LDPC码应用于译码转发协作系统中,提出基于中断概率的多用户协作方案。各用户通过判断自己与信源节点间的信道是否发生中断,决定是否作为中继。若没有发生中断,用户先对接收到的信息进行译码,再采用多元LDPC码重新编码后发送至目的节点。仿真结果表明,当误比特率(BER)为10-4时,相比于随机协作方案,该方案在高斯信道下可获得0.3 dB的性能改善,在瑞利衰落信道下可获得0.4 dB的性能改善。     

认知无线电网络中的参数优化问题

针对在多协作用户宽带信道情况下,认知无线电网络中当信道增益固定时,检测时间、功率以及带宽分配等参数的优化问题,提出了各参数的联合优化算法.以信道容量为目标函数,给出了最优的资源分配算法.结果表明,该算法能够实现频谱接入并且极大地提高了次用户系统的总信道容量,且资源分配与主用户占用的概率、峰值发射功率和干扰约束等因素有关.在多认知用户网络中,参与合作的用户越多,接收信号的信噪比越高,次用户系统的总信道容量越大.