多天线系统中面向物理层安全的极化编码方法

该文提出一种基于多输入信道最大容量差映射的极化安全编码方法,通过适当降低信道极化速度达到提高安全传输速率的目的。首先,利用信道极化结构,将极化后的逻辑信道按信道质量划分为好信道与差信道两类;然后,通过具体的逻辑信道删除率迭代分析,提出一种能够有效提升差逻辑信道容量并降低好逻辑信道容量的最大容量差信道映射方法,达到降低信道极化速度的目的;最后,利用加权修正合法信道与窃听信道最大容量差映射结果,实现多输入信道下的极化安全编码。仿真结果表明,在极化阶数n=9的二进制删除信道下,所提方法相比随机映射与Arikan方法,安全传输速率分别由0.029, 0.004提升到了0.042,并且所提方法同样适用于衰落信道场景。     

一种基于时空编码的物理层安全算法

针对多天线窃听系统的物理层安全问题,提出一种基于时空编码的预编码算法。首先,合法接收者发送训练序列用于发送者估计主信道状态信息,而窃听信道的状态信息合法用户均未知;其次,发送者利用均匀信道分解的方法提取主信道状态信息的特征参数,生成发射端预编码矩阵和合法接收端均衡矩阵,收发联合加密处理提高物理层安全;最后,利用 Monte Carlo方法进行仿真实验,数值分析表明,该算法在窃听者天线数目增多时能够实现非负的保密容量,即使窃听信道质量较好时,窃听者的接收性能仍维持在很差的水平,误码率高达0.5。     

物理层安全下二元随机线性码的伴随编码构造算法研究

在利用伴随编码提升系统安全性方面,现有研究多是从改善系统结构、增大信道差异性角度出发的,而如何从码本身的特性入手,进行物理层安全码的设计是迫切而必要的。本文提出了一类物理层安全中二元随机线性码的伴随编码算法。基于系统安全性的分析,推导了窃听方疑义度公式。基于伴随编码的基本思想,对码的一致校验矩阵进行构造,提出了一种基于最小距离优化的码构造算法,使得在扩展校验矩阵的同时,码的最小距离可以达到可取的最大值。仿真结果表明:与同码长、码率的最佳线性码（Best Known Code,BKC）以及最佳疑义度码（Best Equivocation Code,BEC）相比,所提算法构造的码具有更好的安全性,且在算法效率方面也明显优于BEC码。      

一种基于投影的MIMO物理层安全传输方法

为了保证MIMO系统无线传输安全,提出了一种基于投影的物理层安全传输方案。基站在合法信道的投影空间发射相互正交的涉密信号和干扰信号,干扰窃听方恢复信息,同时不影响期望用户接收信号。给出了两种信号保密容量准则下功率分配的迭代算法。通过分析干扰对窃听信号统计特性的影响,证明了对窃听方盲处理造成的不确定度(indeterminacy)。仿真结果表明,该方案具有较高的保密信道容量,在期望用户处获得比已有方案更低的误码率,而窃听方无法正确解调。     

基于最佳均匀扩散矩阵的物理层安全编码

一定密度的均匀扩散矩阵是缩小物理层编码安全间隙的关键,针对如何构造这种最佳扩散矩阵进行了深入研究,设计了一种可以构造出任意规格、任意密度且均匀分布的、可逆扩散矩阵的算法。实验分析证明,针对任意规格的矩阵,该算法都可以方便、快捷地构造出任意密度、且均匀可逆的扩散矩阵。通过仿真分析发现,该算法构造的矩阵不但可以有效实现信道误码的扩散,达到缩小安全间隙的目的,而且与同类算法相比,该算法表现出了更好的性能。     

基于无线信道特征的内生安全通信技术及应用

伴随着信息技术的高速发展,无线通信网络的安全形势日益严峻。数以亿计的设备接入无线通信网络中,针对用户隐私以及基础网络环境的窃听、攻击事件频频发生,无线通信网络的安全问题已成为限制无线通信业务广泛开展的严重障碍。传统认证与加密机制与传输相脱离,以密码算法和分发密钥的私密性为前提,容易受到物理层的攻击。为此,迫切需要深入开展面向物理层的安全机制研究。从无线通信网络的根源出发,面向无线信道的内生属性,研究了基于无线信道特征的内生安全通信架构,并针对此架构提出了基于射频指纹与信道密钥的内生安全通信技术方案。该架构将认证、加密与传输融为一体,从体系结构上增强了防御效果;利用无线信道特征的内生特点,从技术手段上提高了安全性能。     

一种基于多发射天线的差分空时编码

一般的空时编码解码时接收端需要信道状态信息（CSI）,因而必须获得精确的信道估计;而差分空时编码（DSTC）接收端解码时不需要CSI,因而不需要信道估计。在信道衰落快或信息传输速率高的情况下,实时而精确的信道估计非常困难或代价很高,此时接收端不能获得CSI,因而需要差分空时编码。文章对多发射天线的差分空时编码的编译码原理、特点和性能进行了分析和比较,并对其中的部分差分空时编码给出了具体的实例和仿真结果。     

基于无线信道参数的物理层安全密钥容量

利用无线信道参数提取物理层安全密钥时,密钥容量受加性噪声、信道测量时差、终端移动速度、采样周期和采样点数等因素影响。针对这一问题,该文在均匀散射环境中利用单输入单输出无线信道定量分析密钥容量,推导了密钥容量的闭式解以确定最佳采样周期的约束条件。仿真分析表明该结论同样适用于非均匀散射环境,同时验证将物理层密钥提取技术应用于无线通信系统的可行性。     

面向物理层安全的一种打孔极化编码方法

为了解决物理层安全编码中安全性和可靠性之间的矛盾和提高保密速率,该文提出一种基于打孔极化码的安全编码方法。根据信道极化理论,该方法将私密信息位映射到合法者正常接收而窃听者无法译码的特定逻辑信道输入位,保证私密信息可靠且安全传输。然后,通过分析极化码的校验关系树,利用3个参数表征输出节点对私密信息位的影响,再按照影响程度大小确定打孔位置。理论分析与仿真结果表明,该方法保证私密信息传输安全性和可靠性的同时,提高了私密信息传输的有效性。     

多天线多载波系统物理层安全研究进展

无线通信传播媒介的开放性,使得无线通信的安全问题无处不在,并且成为了无线通信网络的重要研究课题。而物理层安全技术是指在物理层利用无线信道的随机特性,通过调制编码等技术实现信息的保密传输目标,是未来实现无线网络安全的重要技术分支。随着物理层先进传输技术——多天线、多载波技术的广泛采用,为物理层安全技术提供了更多的可行方案。针对多天线多载波技术推动的无线物理层安全研究最新进展,重点介绍了正交频分复用系统采用时域人造噪声提高安全速率的新方法,最后对未来无线物理层安全的若干潜在研究方向进行了展望。     

一种信道编码与物理层网络编码的联合设计

基于正交振幅调制（QAM）设计了一种信道编码与物理层网络编码的联合实施方案,该方案巧妙的引入了一种去噪映射机制,即重新安排QAM调制的星座映射,中继节点对接收数据去噪后直接映射为对应数字比特流的异或。同时,利用卷积码和MAC-XOR网络编码（Network Coding, NC）的线性性质,使得中继节点只需直接估计网络编码的码字,因此中继节点的解调/译码的复杂度减少50%。在此基础上对该方案的误比特率性能进行分析。仿真结果表明了该方案的有效性,即与已有的物理层网络编码方法相比,在没有增加译码复杂度的基础上,该方案的信道容量有了显著提高。      

A Distributed Implementation Algorithm for Physical Layer Security Based on Untrusted Relay Cooperation and Artificial Noise

In this letter, we consider a cooperation system with multiple untrusted relays (URs). To keep the transmitted information confidential, we obtain joint channel characteristics (JCCs) through combining the channels from the source to the destination. Then, in the null space of the JCCs, jammers construct artificial noise to confuse URs when the source node broadcasts its data. Through a distributed implementation algorithm, the weight of each node can be obtained from its own channel state information. Simulation results show that high‐level security of the system can be achieved when internal and external eavesdroppers coexist.     

无人机辅助物理层安全下的保密性能优化

信息安全是影响物联网(IoT)应用的关键因素之一,物理层安全是解决物联网信息通信安全问题的有效技术。该文针对物联网中带有主动攻击的全双工窃听者,利用无人机(UAV)辅助发射人工噪声的方法,提升系统物理层安全性能。为了跟踪窃听者位置移动,首先采用贝叶斯测距和最小二乘法迭代估计窃听者位置,然后提出基于Q-learning的无人机轨迹优化算法,以达到在窃听者移动情况下系统保密性能最优。仿真结果表明,该算法能快速收敛,并且无人机能够跟踪窃听者移动来确定自身最佳位置,对窃听信道实施有效干扰,从而保证系统可达安全速率最大。     

一种基于TCM的信道编码与物理层网络编码的联合设计

该文在双向中继信道中基于网格编码调制(Trellis Coded Modulation, TCM)提出了一种信道编码与物理层网络编码的联合实施机制。该机制采用TCM,将编码和调制统一考虑,提高了编码序列的自由距离,从而获得更高的编码增益。此外,利用卷积码和MAC-XOR网络编码的线性性质,使得中继节点只要直接估计网络编码的码字,这样中继节点进行TCM译码的复杂度减少了50%。该机制同时考虑信道编码技术、调制技术以及物理层网络编码三者联合设计的问题,既提高信息传输率,又保证了可靠性。     

一种利用软判决的信道编码识别新算法

 现有的信道编码识别方法通常利用解调输出的硬判决序列来进行,其容错能力有待提高.本文针对低信噪比的接收信号,提出了一种利用软判决的编码识别新算法.该算法基于含错方程模型,以方程成立的概率作为衡量解向量性能的量度,从而求解方程,完成识别.对数似然比(LLR)代数的使用使得算法具有简单的形式.仿真实验表明,与基于Walsh-Hadamard变换的传统算法相比,新算法提高了识别性能,且信噪比越低,性能提高越显著.     

一种基于双正交小波变换和格型矢量量化的视频编码算法

本文提出了基于双正交小波变换（ｂｉｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｗａｖｅｌｅｔｔｒａｎｓｆｏｒｍ）和格型矢量量化（ＬＶＱｌａｔｔｉｃｅｖｅｃｔｏｒｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ）的视频编码算法。在该方案中，小波变换将图像分解成多分辨率（ｍｕｌｔｉｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）的子带图像，多分辨率运动估值（ＭＲＭＥ，ｍｕｌｔｉｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｍｏｔｉｏｎｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ）技术实现子带图像的帧间预测，格型矢量量化对预测差值子带图像进行编码，从而获得了性能较好的活动图像编码新算法。     

无线信道上的语音抗阻塞传输算法

阻塞干扰是无线信道上数据传输面临的棘手问题。抗阻塞干扰的“滑动窗”语音传输算法将传输码流均匀地分成若干片段,用定长的“滑动窗”在码流上滑动并截取其中的一段连续片段作为某跳频点的数据。接收端比较连续若干跳的重叠部分,判断并恢复“坏跳”数据;对每个片段进行差错控制保护,通过“联合最大后验概率译码”方法抵抗更高误码率的影响。测试表明,在有阻塞干扰的跳频信道上,“滑动窗”算法的性能远远优于传统的RS码纠错算法。     

SER‐Based Relay Selection for Two‐Way Relaying with Physical Layer Network Coding

To enhance the symbol error rate (SER) performance of the two‐way relay channels with physical layer network coding, this letter proposes a relay selection scheme, in which the relay with the maximal minimum distance between different points in its constellation among all relays is selected to assist two‐way transmissions. We give the closed‐form expression of minimum distance for binary phase‐shift keying and quadrature phase‐shift keying. Additionally, we design a low‐complexity method for higher‐order modulations based on look‐up tables. Simulation results show that the proposed scheme improves the SER performance for two‐way relay networks.