发射天线选择正交空时码系统的性能分析

分别针对瑞利衰落信道和Nakagami衰落信道,研究了使用发射天线选择(TAS)和正交空时分组码(STBC)的多输入多输出系统的平均符号误码率(ASEP)性能。基于标量加性高斯白噪声(AWGN)信道的方法,推导出了采用脉冲幅度调制(PAM)、相移键控(PSK)和正交幅度调制(QAM)的精确和近似的ASEP闭合表达式。然后对不同条件下的系统性能做了数值仿真,验证了分析结果的正确性。     

多天线无线传感器移动通信网络的物理层安全性能

随着第五代移动通信技术的发展,无线传感器通信网络成为学术界研究的热点,但是由于信道存在开放性、无线终端与网络构架存在移动性和多样性的特征,使得无线传感器通信网络的物理层安全成为一个亟待解决的问题,在2￣Nakagami信道下,基于Wyner窃听模型,研究了基于天线选择算法的无线传感器通信系统安全性能。针对最佳天线选择算法和次最佳 天线选择算法,分别推导了安全中断概率SOP(Secrecy Outage Probability)的精确表达式。对于最佳天线选择算法,又推导了其SOP下界的闭合表达式,然后不同条件下的安全性能,通过Monte-Carlo仿真得到了验证,通过仿真结果得出:理论值很好的拟合了Monte-Carlo仿真值,其正确性得到了验证,增加发射天线数可以很好的改善系统的SOP性能。     

发射分集系统中正交空时分组码的研究

分析了空时分组码在实际应用中较空时格码的优势.以Alamouti发射分集方案为例简要介绍了空时分组码的编译码方法.针对带来性能优势的信号正交性设计,进行了详细的讨论.对瑞利衰落信道下,针对不同天线配置和不同调制方式条件下的空时分组码进行了性能仿真.     

基于信道估计的物理层安全多天线选择功率分配方案

针对多天线选择方案提高物理层安全的研究中信道已知条件的设定过于理想这一问题,提出利用导频信号估计主信道并进行多天线选择的方案。首先,接收端发送导频信号供发射端进行主信道估计;然后发射端利用估计的信道状态信息选出多根天线并进行功率分配;最后推导所提方案的保密容量并设计仿真实例。结果表明,所提方案在估计误差条件下达成了低信噪比时的非零保密容量,且接收方误码率随信噪比增大急剧减小至10-4,而窃听方的误码率保持较高,验证了所提方案的有效性和可行性。     

基于传输信道状态信息的四发射天线空时分组码

空时分组码是一种可在瑞利衰落信道中使用多天线传输信息的新方法.该文研究了一种在发射端已知信道状态信息条件下的四个发射天线、全分集、全速率编码方案.此方案利用了传输重量,可得到正交空时编码,且在接收端使用最大比例组合得到各输出支路的极小距离判决译码,它能取得与最大似然译码同样的性能,且译码复杂度大为降低.     

基于传输信道状态信息的四发射天线空时分组码

空时分组码是一种可在瑞利衰落信道中使用多天线传输信息的新方法。该文研究了一种在发射端已知信道状态信息条件下的四个发射天线、全分集、全速率编码方案。此方案利用了传输重量,可得到正交空时编码,且在接收端使用最大比例组合得到各输出支路的极小距离判决译码,它能取得与最大似然译码同样的性能,且译码复杂度大为降低。     

一种快衰落下正交空时分组码的译码

准静态衰落信道下正交空时分组码MIMO系统的一种简单最大似然检测算法性能接近于最大似然检测算法．但在实际时变信道干扰下，性能表现较差。本文分析提出了在多个发送和接收天线下能有效消除时变信道对简单最大似然检测算法产生干扰的算法改进。计算机仿真表明，针对时变信道下的正交空时分组码MIMO系统，该译码算法性能实现简单、计算复杂度低，性能接近最大似然检测算法。     

基于组分层空时结构的天线子集选择

将天线选择应用于空时分组编码和分层空时相结合的组分层空时系统,提出了基于重构信道矩阵QR分解的天线子集选择算法.该算法考虑了GLST结构的重构排序连续干扰消除栓测的特点,通过使最差一层的信号流性能最优实现天线子集的选择.仿真表明,该算法在中断信道容量上与基于容量最大化的最优算法非常接近,在性能上优于基于常规信道的天线选择算法.     

多窃听者场景下TASP/MRC系统的物理层安全性能分析

为评估信道预测发射天线选择(TASP)/接收最大比合并(MRC)联合收发分集无线通信系统在瑞利块衰落信道条件和多窃听者场景下的物理层安全性能,针对基于最小均方误差信道预测器的TASP/MRC无线通信系统,推导其非零安全容量概率、安全中断概率以及渐近安全中断概率的精确解析表达式。在此基础上,分析窃听者数目、归一化延时、收发天线数等参数对系统物理层安全性能的影响。数值计算与仿真结果表明,在TASP/MRC系统中,减小归一化延时及窃听者数量或增加合法接收端天线数能够提高物理层安全性能,在高信噪比情况下,物理层安全分集增益等于合法接收端天线数,而与窃听者数目及其收发天线数无关。     

分层块空时分组码的简化译码方法

为四发射天线的多输入多输出(Multi-input multi-output,MIMO)系统提出一种高速率全分集的分层块空时(Layered block space-time,LBST)分组码.该空时分组码能够提供2符号/信道利用的传输率,为了能够正确地译码,接收天线数必须不少于2个.本文分析了LBST分组码的编码结构与简化的译码算法,并对其性能进行了仿真分析.结果表明:本文方案与其他空时分组码相比较,具有一定的优越性,并且采用简化的译码算法可以很大程度上降低计算复杂度.     

分布式天线系统中基于天线选择的容量分析

研究分布式天线系统( DAS)在复合衰落信道中下行链路的容量性能。分析DAS采用天线选择发送的各态历经信道容量。基于容量性能分析,利用数值积分公式,推导各态历经容量的近似闭式表达式,该表达式能避免现有容量表达式采用对数正态分布近似所带来的不准确性。仿真结果表明,理论公式与仿真值一致性较高,能有效地评估分布式天线系统下行链路的容量性能。     

联合多用户调度与协作干扰选择的无线物理层安全研究

物理层安全策略作为一种利用无线信道物理特 性来对抗窃听者的有效手段,已经吸引了越来越多的关注。本文重点研究多用户调度与协作 干扰技术在无线通信物理层安全方面的表现,并将两种技术有机结合,深入研究无线网络的 通信安全。通过联合采用多用户调度方案与协作干扰技术以增强无线通信安全,在多用户无 线通信网络中,采用多用户调度策略,在选择最优信道进行通信的同时,对窃听节点进行协 作干扰,在合法用户端通过波束权重矩阵对干扰信号进行合并以消除干扰信号对接收端的影 响,最终达到在不干扰合法通信的前提下极大地干扰窃听信道,最终增强无线网络的通信 安全。数值仿真表明,联合多用户调度与协作干扰的方案的安全中断概率明显低于仅采 用多用户调度的方案。     

认知中继网络的物理层安全

对认知中继网络中主用户和认知用户的中断概率和窃听概率进行了研究,提出了一种根据窃听行为改变传输方式（CTMEB）的方案,即主用户和认知用户会根据是否被窃听用户窃听而采用不同的信号传输方式。若E只窃听CS,主用户采用直接传输的方式传递信号;若E窃听CS和PS,主用户根据信道状态选择信噪比较高的路线传输信号。分析推导出了窃听CS与窃听CS和PS时主用户和认知用户的中断概率和窃听概率。通过MATLAB验证了采用CTMEB方案对提高主用户和认知用户的窃听概率和中断概率的有效性。     

多用户OFDM系统物理层安全资源分配方案

现有多用户正交频分复用(OFDM)无线通信系统的资源分配方案未考虑安全传输问题。为此,提出一种物理层安全约束下的资源分配方案,从信息安全理论的角度构建多用户OFDM系统窃听信道模型,在此基础上,利用子载波与功率的联合优化分配方案,在满足各用户安全服务质量(QoS)需求的条件下,通过对偶分解实现系统保密容量最大化的优化目标。仿真结果表明,当系统选用64个子载波为8个授权用户提供服务时,该分配方案在满足各授权用户安全QoS需求的同时,其保密容量相比参考方案最多可提高2.071 bit/s/Hz。     

基于独立非同分布广义K信道的OSTBC-MIMO系统及性能

针对独立非同分布（i.n.i.d.）广义K衰落信道中的正交空时分组编码多输入多输出（OSTBC-MIMO）系统性能问题,建立了采用M-QAM调制的OSTBC-MIMO系统在i.n.i.d广义K衰落信道中的系统模型。利用接收端等效信噪比（SNR）可以近似为两个由多个独立伽马随机变量之和构成的随机变量的乘积这一关系,推导出近似等效信噪比的概率密度函数表达式,继而推导得到平均符号差错概率、中断概率和容量的闭式。仿真结果表明：除波形参数m外,k取任意不同正整数值也会对系统性能产生重要的影响,OSTBC-MIMO系统在i.n.i.d.广义K衰落信道中的性能与在独立同分布（i.i.d.）广义K衰落信道中的性能存在显著差别。     

基于信道特征和随机插值的物理层算法

分析无线通信系统当下的安全现状及保护物理层安全的必要性,结合无线信道的密钥生成方法,提出一种基于正交频分复用（OFDM）系统并行调制特点的随机插值的物理层安全算法。该算法的核心思想是在共享密钥的控制下,通过对快速傅里叶逆变换（IFFT）后输出的数据符号进行随机插值,将原OFDM符号重构,使得非法用户难以正确解调信号,达到保护传输信息安全的目的。该算法基于物理层加密,可更好地保护空中接口和无线链路,并行加密的过程也降低了通信系统实现的复杂度。通过理论分析及仿真实验表明,新算法可有效对抗各种非法攻击,同时对通信系统的固有性能影响较小,且能较好地适应多径信道,表现出不错的抗多径衰落能力。     

面向物理层信息安全的QC-LDPC跳码设计

低密度奇偶校验（Low density parity check, LDPC）跳码可以在物理层基于跳变的校验矩阵进行差错控制编译码。准循环低密度奇偶校验码（Quasi-cyclic low density parity check code, QC-LDPC）因其良好的纠错性能和易于工程实现的优点而得到广泛应用。本文提出了一种简单且易于工程实现的QC-LDPC跳码设计方法。首先采用有限域的两类子群设计跳变的基矩阵,再通过基模图码的外信息转移算法对基矩阵散列的校验矩阵进行掩模,使跳变矩阵具有统一架构和快速编码结构。仿真和分析表明,设计的QC-LDPC跳码具有超大的跳变码集和良好的纠错性能,码集中LDPC码数目可达10³⁴个,随着码长增加,码集中的LDPC码数目呈指数倍增加,其平均性能可与诸多协议中的LDPC码相当,可用于提升通信系统的可靠性和安全性。     

全双工无线供能物联网的物理层安全性能分析

面对干扰和窃听,传统的安全信息传输大都基于密钥加密的方法,在面向动态变化无线网络环境时会产生对称性密码系统的密钥分配、非对称性密码系统的高计算复杂度等问题。而快速增长的无线业务流量和物联网类型的海量设备接入,会引起计算复杂度的进一步提升和能量开销的激增。针对此问题,提出一种基于物理层安全技术的全双工无线供能物联网的安全通信方法,利用噪声和无线信道随机性来限制窃听者接收信息量。该方法首先基于信息论对全双工无线供能物联网安全容量进行分析,然后根据安全容量的分析模型推导得到了安全中断概率（SOP）的闭合表达式。最后,考虑到噪声、干扰机干扰、空间互干扰,以及残余自干扰等因素对安全容量的影响,提出一种全双工无线供能物联网安全波束成形方法,该方法通过降低联合干扰来增加发送和接收端的互信息量,提高全双工无线功能物联网的安全容量。通过蒙特卡罗仿真验证了推导结果的准确性,仿真结果表明,在安全容量和SOP指标上,全双工无线供能物联网比传统半双工无线功能物联网有较大性能增益。