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。     

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。     

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.     

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。     

一种调制符号相位随机扰动的物理层安全方法

从信号调制的角度提出了一种调制符号相位随机扰动的物理层安全方法.该方法通过合法信道增益与随机扰动幅度的乘积,控制对调制符号的相位扰动范围,使得合法接收者在相位扰动下仍具有稳定的抗噪声性能,而窃听者由于窃听信道状态信息不同于合法信道,相位扰动更加剧烈,解调错误概率高于合法接收者.仿真结果表明：当窃听者未知合法信道状态信息时,文章方法相比直接传输的方法,安全间隙缩小了30.5dB;当窃听者能够获得合法信道相位信息时,文章方法仍能形成对窃听者接收性能的恶化,安全间隙缩小了11dB.     

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。     

全双工系统中基于神经网络的自干扰消除方案

针对合法接收端采用全双工模式时的自干扰消除问题,提出了一种在单输入多输出系统中,利用神经网络实现全双工合法接收端信号合并和自干扰消除的方案.合法接收端在接收信号的同时发送人工噪声干扰窃听者.设计2个神经网络,一个用于接收信号的合并,另一个对接收信号中的自干扰进行对消.对合法接收端和窃听端的误比特率、可达保密速率等性能进行仿真的结果表明,信号合并和自干扰消除方案可行并有效,在适当配置接收端发射天线和接收天线数量后,可获得可观的系统保密速率.     

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。     

基于随机波束成型的MISO OFDMA物理层安全算法

在多用户非互易性信道场景下,基于信道状态信息的物理层安全算法需要接收端反馈大量的信道状态信息,导致系统保密吞吐量降低。针对这一问题,文章设计了一种基于随机波束成型的MISO-OFDMA物理层安全算法。在用户选择阶段,发送端依次发送随机生成的正交波束,每个接收用户反馈各个子载波上信干噪比（SINR）最大的波束索引,以减少反馈数据量;发送端将子载波分配给SINR最大的接收用户。在加密传输阶段,发送端在SINR最大的波束上发送有用信号,保证相应合法用户的正常通信;在其余波束上发送人工噪声,扰乱窃听者的监听。性能分析和仿真结果表明：当天线数为16,合法用户数为150时,相对于人工噪声方法,所提算法的保密吞吐量提高了2bit／s。     

一种基于天线阵列冗余的跳空物理层安全方法

当窃听者天线数不少于发送者时,基于信道零空间人工噪声的物理层安全方法将失效。针对这一问题,提出了一种基于天线阵列冗余的跳空物理层安全方法。该方法将人工噪声和跳空相结合,每次发射信号时发送者通过跳空图样快速切换信道,同时在相应信道的零空间内加人工噪声,接收者根据跳空图样选择相应信道接收解调,而窃听者接收信号与人工噪声叠加在一起无法解调。仿真结果表明,当接收端使用不少于两根天线接收时,采用文章方法可使窃听者的误比特率接近0.5,而合法接收者不受影响。     

基于主轴投影的空域加扰信号窃密算法

针对现有的窃密算法计算复杂度高,抗噪性能差的问题,提出了一种基于主轴投影的窃密算法.首先证明了当窃听天线数大于或等于发送天线数时,空域加扰信号存在主轴方向.然后利用Fisher线性判别准则,求解出加扰信号的主轴方向,沿该方向的投影能够在保留信息成分的同时抑制人工噪声,从而实现信息获取.理论分析与仿真结果表明,与现有的MUSIC-like窃密算法相比,主轴投影法的计算复杂度低5～8个数量级,抗噪声性提升6dB ～10dB.     

基于加权分数傅里叶变换域的2天线发射方法

为改善多天线系统误码率,提出一种基于加权分数傅里叶变换域的2天线发射方法.该方法在发射端将待发送信号送入信息调制及合成模块中进行加权分数傅里叶变换,按照时频域信号合并方式将变换后的四路信号分量合并为两路混合载波信号,经时延调整后由2根发射天线发射送入信道;接收端采用单天线接收,对接收信号进行加权分数傅里叶反变换处理后,可得到原发送信号估计值.仿真结果表明:在双弥散信道下,相比于使用空时码2天线发射方法,采用本文提出的发射方法在系统误码率及复杂度方面较有优势,可有效改善系统误码性能,抵抗信道衰落.     

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...