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。     

一种改进的MIMO-OFDM系统频域信道估计和跟踪方案

深入研究了MIMO-OFDM系统中的频域信道估计和跟踪算法．在分析比较了现有频域信道估计算法的基础上,提出了一种有效的改进频域信道估计和跟踪方案．该方案利用基于正交训练符号的算法求得初始信道估计值,利用信道估计和信号检测的联合迭代算法来跟踪随时间变化的信道参数．在典型的室内传输环境下对三种频域信道估计和跟踪方案进行了仿真比较,结果表明,本文所提方案在较低的迭代次数下就可以带来明显的性能改善．     

基于连续支持检测的毫米波信道估计方案

传统信道估计大多数方案都是为窄带系统设计的,为此,提出一种连续支持检测(successive support detection)的宽带波束空间信道估计改进方案.证明空间信道的每个路径分量具有独特的稀疏结构;根据经典的连续干扰消除的思想,连续估计稀疏路径分量;对于每个路径分量,通过稀疏结构联合估计其在不同频率下的信道估计,去除其影响来估计剩余的路径分量.仿真结果表明,与传统的LS和OMP信道估计方法相比,所提方案在未知的路径数的情况下依旧减少了导频开销,提高了信道估计精度,可以以较低的复杂度准确估计信道.     

基于分段导频发送和人工噪声的物理层安全传输方案

在一个三节点MIMO窃听网络中,针对窃听方发送恶意导频干扰,提出了一种基于分段导频发送和人工噪声的物理层安全传输方案。首先将导频发送长度分为n段,合法接收方只选取其中的m段发送导频信号。发送方利用n-m段接收信号获取窃听信道的近似估计,并用其消除m段信道估计中的窃听信道部分。然后,发送方设计预编码矩阵并同时发送信号和人工噪声,实现信号的安全传输。仿真表明,当干扰功率为100 mW时,所提方案下的安全速率平均提高了1.34 bit/s/Hz。     

基于小波去噪与离散余弦变换相结合的正交频分复用系统信道估计算法

针对传统的基于离散余弦变换(DCT)信道估计算法没有处理循环前缀之内噪声的问题,提出了一种基于小波去噪与DCT插值相结合的正交频分复用(OFDM)系统信道估计方法。首先,采用最小二乘(LS)法对接收到的导频信号进行信道初步估计;然后,对LS法估计出的结果进行离散小波阈值去噪处理;最后,利用DCT插值对循环前缀内的噪声再次处理,以进一步减小噪声的影响。在Matlab 2012平台上仿真,与传统的基于DCT信道估计算法相比较,误码率相同的条件下,所提算法的信噪比(SNR)性能提升了1 dB左右;均方误差相同的条件下,所提算法的SNR性能提升2 dB左右。仿真实验结果表明,该算法能够较好地减小加性高斯白噪声(AWGN)的影响,并有效提高信道估计的准确度,其总体性能较基于DCT的信道估计算法更优。     

新型信道自适应编码协作体制

针对传统编码协作体制在信道条件动态变化的移动场景中存在较严重的性能损失问题,提出一种码率兼容低密度奇偶校验(LDPC)码与混合自动重传请求(HARQ)协议相结合的新型自适应编码协作体制.假设信道状态信息在每次传输时发生变化,通过不等长增量冗余的自动重传,协作节点与目的节点处的等效码率随信道条件变化而获得自适应非线性调整.推导所提体制的中断概率与吞吐量等系统性能表达式,并给出理论分析及仿真结果.实验结果表明,在适当的兼容码率设计下,所提体制与传统体制和等长传输体制相比较可有效降低系统中断概率,提高系统的吞吐量,改善移动环境下协作通信系统的传输可靠性.     

认知无线电中的新型自适应动态信道分配算法

根据授权用户的业务特点,提出采用混合泊松分布对授权用户业务进行建模,通过采用最大期望(EM)算法估计混合泊松分布模型的参数从而达到对信道的空闲时长的概率密度估计的目的,并提出了基于估计结果的信道分配方案。仿真结果表明所提出的方案能有效降低冲突率和提高吞吐量,且具有良好的实用性和灵活性。     

协作多小区正交频分复用系统联合信道估计扩展算法

多小区联合信道估计(MC-JCE)是多小区协作联合处理技术实用化的基础,然而现有MC-JCE算法需满足各小区信道功率延迟谱(PDP)相同且已知的条件。针对这一不足基于协作多小区正交频分复(OFDM)系统框架首先探讨在多小区信道PDP存在差异但已知条件下多小区联合信道估计的扩展算法(MC-eJCE),进而提出未知该信息条件下多小区联合信道估计的修正算法(MC-mJCE),同时为降低算法运算复杂度并获得信道估计最小的均方误差(MSE)。采用梳状导频最优导频设计,推导了以上MC-JCE算法的克拉美罗界(CRB)。仿真显示在多小区信道PDP存在差异条件下所提MC-eJCE和MC-mJCE算法都具有良好MSE性能,而基于以上算法信道估计的空频块码(SFBC)协作联合传输也具有良好误码率(BER)性能。     

部分信道状态信息下MIMO-OFDM的跨层资源分配算法

针对跨层多用户多输入多输出-正交频分复用（MIMO-OFDM）系统,以系统最大吞吐量为目标,给出一种基于部分信道状态信息的跨层资源分配算法。该优化问题设计的目标函数包括功率限制、传输速率、子载波占用、不同业务的服务质量需求与数据链路层的队列状态信息等约束条件。在数据链路层存在有限缓存条件下,通过均值反馈模型描述信道状态信息的反馈过程,推导出相应的跨层资源分配准则。仿真结果表明,所提算法与现有方案相比,满足了不同业务用户的QoS要求,并获得了好的吞吐率,降低了丢包率。     

基于NOMA系统的用户分组和功率分配策略

针对非正交多址接入（NOMA）系统的最优用户分组和功率分配方案的高复杂度问题,提出一种改进的用户分组和功率分配策略。首先,对用户进行分组,由信道增益值确定每个子信道的第一个用户,再由贪婪匹配方法分配剩余用户;然后,对用户的功率进行分配,将该功率分配问题分成子信道间和子信道内两部分,对于子信道间采用线性注水算法分配功率,对于子信道内则采用所提的迭代功率分配算法分配功率;最后,构造拉格朗日函数以实现在最大发射功率以及保证每个用户最低数据速率的约束下系统吞吐量的最大化。仿真结果表明,在多用户的情况下,与线性注水的分数阶功率分配（LWF-FTPA）算法和等分数阶功率分配（EQ-FTPA）算法相比,系统吞吐量分别提高了8%和20%,所提策略优于传统算法。     

Physical layer security in multi-antenna cognitive heterogeneous cellular networks: a unified secrecy performance analysis

Cognitive heterogeneous cellular networks (CHCNs) are emerging as a promising approach to next-generation wireless communications owing to their seamless coverage and high network throughput. In this paper, we describe our reliance on multi-antenna technology and a secrecy transmission protocol to ensure the reliability and security of downlink underlay CHCNs. First, we introduce a two-tier CHCN model using a stochastic geometry framework, and derive the probability distribution of the indicator function for a secrecy transmission scheme. We then investigate the connection outage probability, secrecy outage probability (SOP), and transmission SOP of both primary and cognitive users under a secrecy guard scheme and a threshold-based scheme. Furthermore, we reveal some insights into the secrecy performance by properly setting the predetermined access threshold and the radius of detection region for the secrecy transmission scheme. Finally, simulation results are provided to show the influence of the antenna system, eavesdropper density, predetermined access threshold, and radius of the detection region on the reliability and security performance of a CHCN.     

基于椭圆曲线密码体制的(t,n)门限签密方案*

首先提出一个基于椭圆曲线密码体制的签密方案。该方案是数字签名和公钥加密的有机集成,除了具有认证性、保密性外,还具有计算量与通信量小等特点。在此基础上,构造了一个基于椭圆曲线密码体制的（t,n）门限签密方案。该方案具有数据传输安全、鲁棒性、通信代价更小、执行效率更高等特点。还给出两种方案的安全性分析。     

椭圆曲线上的门限共享验证签名加密方案

基于椭圆曲线密码体制提出一个门限共享验证签名加密方案。该方案的n个验证者中的任意t个可以验证签名的有效性,而少于t个验证者则不能验证签名的有效性,是数字签名与公钥密码体制的有机结合。与现有的门限共享验证签名方案相比,该方案具有数据传输安全性高、密钥长度短、通信代价小、执行效率更高等特点,并能防止验证人欺骗。     

基于离散对数的(t,n)门陷共享验证签名方案

文中基于离散对数给出了一种安全的（ｔ,ｎ）门陷共享验证签名方案。该方案是信息恢复数字签名方案和（ｔ,ｎ）门陷方案集成,并保留了它们的优点,在该方案中,签名者利用其个人密钥可以生成信息签名的密文并送给特定的验证组,采用（ｔ,ｎ）门陷方案的该验证组ｎ位中的ｔ位能共享对信息进行恢复的权力。该方案与已有文献所提出的（ｔ,ｎ）方案及其改进方案相比,数据传输更安全,所要求的通信代价小。     

GOST门限签密方案

签密是密码学中的新技术,能够在一个逻辑步骤内实现签名和加密两项功能,而且其代价要远远小于“先签名后加密”,在电子现金支付系统(ElectronicFundsTransfer简称EFT)、电子拍卖、电子投票等领域有着广泛的应用前景。本文首先借助GOST数字签名体制,结合Zheng的签密思想构造出一种可公开验证的签密方案;最后结合shamir(t,n)门限方案构造了具有指定接收组的可公开验证的签密方案,使得该方案除了具有保密性,认证性与完整性外,还具有门限方案的优点,与现有的门限共享验证方案相比具有数据传输安全,通信代价更小,效率更高等特点。     

A novel threshold changeable secret sharing scheme

A(t,n)threshold secret sharing scheme is a fundamental tool in many security applications such as cloud computing and multiparty computing.In conventional threshold secret sharing schemes,like Shamir’s scheme based on a univariate polynomial,additional communication key share scheme is needed for shareholders to protect the secrecy of their shares if secret reconstruction is performed over a network.In the secret reconstruction,the threshold changeable secret sharing(TCSS)allows the threshold to be a dynamic value so that if some shares have been compromised in a given time,it needs more shares to reconstruct the secret.Recently,a new secret sharing scheme based on a bivariate polynomial is proposed in which shares generated initially by a dealer can be used not only to reconstruct the secret but also to protect the secrecy of shares when the secret reconstruction is performed over a network.In this paper,we further extend this scheme to enable it to be a TCSS without any modification.Our proposed TCSS is dealer-free and non-interactive.Shares generated by a dealer in our scheme can serve for three purposes,(a)to reconstruct a secret;(b)to protect the secrecy of shares if secret reconstruction is performed over a network;and(c)to enable the threshold changeable property.     

分布式双向中继系统的安全总速率优化

研究了分布式双向中继系统中的安全传输问题。为了优化系统总功率约束下的安全总速率,提出了基于人工噪声辅助的波束形成(Artificial-noise-aided beamforming,ANBF)发射方案。在ANBF方案中,待解决的问题是一个非凸的优化问题。为了求解该问题,分别采用连续参数凸近似算法(Sequential parametric convex approximation,SPCA)和牛顿迭代法,对波束形成向量,人工噪声的协方差矩阵和源节点发射功率进行交替优化迭代求解,最终得到局部最优解。可以证明,已有的未加人工噪声的常规波束形成(Beamforming,BF)方案和零空间波束形成(Null-space BF,NSBF)方案是ANBF方案的特例,后者使系统设计更具一般性。在仿真实验中,对比了ANBF方案与常规BF方案以及NSBF方案的安全性能,实验结果和性能分析验证了本文所提ANBF方案的有效性,并表明它具有最优的安全性能。     

基于ID的门限多重秘密共享方案

为了避免现有秘密共享方案中的秘密份额分发机制的不足,结合基于身份(ID)的公钥密码技术,提出了利用参与者私钥作为其主份额的秘密份额分发方法.首先,对Zheng提出的签密方案进行了安全分析,发现其不具备前向保密性,并针对该安全问题,提出了一个改进的签密方案.同时,在所提出的改进方案的基础上,结合基于ID的公钥密码系统,提出了一个新的门限多重秘密共享方案.该方案有效地解决了秘密份额的安全分发问题,不需要秘密分发者和参与者之间事先进行任何信息交互,能够在分发秘密的同时分发秘密份额.该方案还具有前向保密性,即使秘密分发者的私钥被泄漏,也不会影响之前所共享秘密的安全性.因此,所提出的基于身份的秘密共享方案具有更高的安全性和有效性,能够更好地满足应用需求.     

智能反射面辅助无人机的物理层安全传输方案

在无线通信系统中,信息发送端和接收端之间的通信链路易受到建筑物的遮挡和非法者的主动窃听。利用无人机（unmanned aerial vehicle,UAV） 灵活的移动性以及智能反射面（intelligent reflective surface,IRS） 在无线环境中智能可控特性,提出一种智能反射面辅助无人机的物理层安全传输方案,以最大化系统平均保密率。该方案首先采用块坐标下降法将最大化系统平均保密率问题分解为UAV-IRS飞行轨迹优化、IRS相移优化以及系统传输功率优化三个子问题。其次,通过引入松弛变量、相位对齐以及逐次凸逼近方法将每个子问题转换为凸优化问题。最后,再运用交替优化方法逐次求解三个凸优化问题。数值仿真结果表明,系统平均保密率与源节点发射功率、UAV-IRS飞行位置和高度、IRS反射元件数量等因素有关。并且与另外两个基准方案相比,所提的方案能有效地提高系统的平均保密率,并且具有较好的收敛性。     

部分信道特征下的物理层安全编码方法

针对部分信道特征(授权信道特征存在估计误差且窃听信道特征未知)下的物理层安全传输问题,结合人工噪声和安全编码,提出了一种实用的物理层安全编码方法。多天线发射机采用波束成型传输信号时添加与授权信道特征正交的人工噪声,利用交织LDPC码缩小安全距离,在授权信道SNR约束下求最小私密中断概率,实现功率优化分配,尽可能使窃听信道保持低SNR高BER,授权信道保持高SNR低BER,从而实现物理层安全传输。仿真结果表明,在授权信道SNR约束下,本方法可以实现较低的私密中断概率。