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.     

一种利用网络编码提高物理层安全的无线中继系统

针对无线中继系统传输过程中存在的安全问题,提出了一种利用网络编码提高物理层安全的中继系统。该系统通过网络编码使合法用户无误进行信号传输,同时在窃听用户端造成通信冲突,从而提高中继系统的安全性。理论分析和仿真结果表明,利用网络编码技术可以有效提高合法通信双方之间的安全容量。     

模拟网络编码双向中继窃听信道安全性能分析

分析了模拟网络编码双向中继窃听信道可达安全速率特性的影响因素.建立了存在一个窃听者的窃听信道模型,并推导了可达安全速率的表达式.通过对特定场景进行数值仿真和分析,结果表明:当窃听者位于某些范围内时,存在可达安全速率为零的情况;通过增大窃听者和被窃听节点之间的距离、角度和优化节点功率分配,可以提高模拟网络编码双向中继窃听信道的可达安全速率.     

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。     

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...     

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。     

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.     

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.     

智能反射面和协作干扰的无人机安全通信算法

为了进一步增强无人机通信系统的保密率,提出了基于智能反射面和协作干扰的无人机安全通信系统。通过利用智能反射面动态地加强回传链路以及通过协作无人机引入人工噪声干扰非法窃听者,从物理层提高无人机通信系统的安全性。考虑源无人机轨迹、干扰无人机轨迹、功率控制和智能反射面相移,以最大化系统的保密率为目标提出联合优化问题。提出了一种交替优化算法,将原问题变为4个子问题,并通过连续凸逼近、半定松弛将原始的非凸问题转换为近似凸性子问题,使其可通过凸优化工具直接求解。仿真结果表明,所提优化算法能够快速收敛,相比于传统的非智能反射面辅助的通信网络,所提算法能显著地提高系统的安全保密率。     

基于非完美信道信息的协作NOMA系统中保密通信技术研究

该文针对协作NOMA系统中保密通信进行了研究,在该NOMA系统中,一个有高保密需求的用户 (LU1)被多个非合作窃听者窃听,另一个普通用户(LU2)同时与基站(Alice)进行通信。为了提高系统的安全性能,在系统中引入了一个协作干扰者(Charlie)来扰乱窃听者。考虑更加贴近实际场景的非完美信道信息情况,基于LU1的保密需求和LU2的QoS要求,提出了一个自适应功率分配算法来解决安全速率最大化问题。仿真结果验证了该方案的有效性和灵活性,并且验证了非完美信道信息会降低系统安全性能以及能效。     

无线多载波信道的保密容量及最优功率分配

从信息论的角度,研究了宽带通信系统以多载波方式传输时可以实现的保密通信容量问题.将传统多载波窃密（wiretap）信道模型推广到多载波系统,推导了窃密信道可达保密容量的计算公式.在发送端总功率受限的条件下,进一步建立了最大化保密容量的优化模型,并根据发送端信道条件获知程度的不同,提出了相应的多载波最佳功率分配策略.仿真与分析结果表明,与发送端均匀分配功率相比,利用不同获知程度的信道状态信息,经过功率优化分配,可以提高保密容量     

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．     

Constellation splitting security transmission technology based on the multi-parameter weighted-type fractional Fourier transform for dual-polarized satellites

In order to improve the security transmission performance of dual-polarized satellites, a constellation splitting security transmission system based on the multi-parameter weighted-type Fractional Fourier Transform (MP-WFRFT) is proposed. By analyzing the time-frequency characteristics of signals, the constellation splitting function is constructed and solved by the Genetic Algorithm (GA). The constellation splitting criteria of the MP-WFRFT in the two-dimensional surface and three-dimensional sphere are mainly explored. Simulation results show that the splitting pattern is determined by the ratio of time-domain terms on the MP-WFRFT and the transmitting signal can be camouflaged by setting different time-domain terms ratio constrains to prevent the eavesdropper from acquiring the correct message. The error in the transform parameter can improve the security performance. The larger the parameter error of the MP-WFRFT is, the higher secrecy capacity can be achieved, which verifies the rationality and effectiveness of the proposed scheme.     

多天线无人机通信系统中的安全波束成形方案

针对第6代移动通信系统中多天线无人机通信下行链路传输系统,在有多个合法用户和单个窃听者的场景以及已知窃听者统计信道状态信息的情况下,提出了2种安全波束成形方案：一种是基于迫零算法的波束成形方案,在系统传输总功率受限条件下最大化系统可达安全速率,得到了波束成形权矢量和功率分配因子的闭合解;另一种是基于增强信漏噪比算法的波束成形方案,采用一种分式规划和交替方向乘子法（ADMM）相结合的迭代算法,实现波束成形权矢量和功率分配因子的设计.仿真结果表明,相比较于迫零算法,基于ADMM的增强信漏噪比算法能够有效地提升系统的安全性能.     

能量协作网络中基于协作干扰的物理层安全方案

研究了由1个单天线的源节点、目的节点、窃听节点和1个多天线的中继节点组成的系统中,通过能量协作增强保密传输性能的问题。为提高保密速率,中继节点发送经过波束赋形的干扰信号来干扰窃听者。在中继能量供应受限的情况下,提出一种协作干扰与能量协作相结合的方案。源端在能量约束范围内采用能量转移的方式为中继提供用于发送干扰信号的能量。对能量转移量、能量转移时间和干扰信号波束赋形的优化问题进行了求解。仿真结果表明,在不消耗中继自身能量的条件下,与直接传输相比,能量协作和协作干扰方案能够显著提高系统的保密性能。     

基于强化学习的无人机安全通信轨迹在线优化策略

物理层安全是无线通信实现安全通信的一种有效手段,无人机基站在存在地面窃听者的情况下向地面合法用户传输机密信息时,已有研究一般采用离线方法对无人机基站的飞行轨迹进行优化,得到的轨迹是固定的,保密传输缺乏应对通信环境变化的能力.针对该问题,本文研究无人机飞行轨迹的在线优化策略,使机密信息被安全传输的同时实现通信平均保密率最...     

基于物理层信息加密的卫星隐蔽通信研究

为了增强卫星通信信号的隐蔽性和安全性,提出一种基于物理层信息加密的加权分数傅里叶变换（WFRFT）调制方式。结合WFRFT的低概率截获特性以及无线信道状态信息（CSI）的动态唯一性,在WFRFT系统中构造一个具有加密性质的酉矩阵,克服了传统WFRFT方法的不足,增加了信号处理的多样性。加密酉矩阵的生成利用了卫星通信系统的物理层信道特征,合法通信双方通过约定方式将合法信道的CSI转化为相位旋转因子,并以此为密钥完成对传输信号的加密和解调。仿真结果表明,经酉矩阵加密后的卫星信号在保持原WFRFT信号统计特性的基础上具有更复杂的星座分布,窃听者的误码率始终保持在0.5左右,有效保证了信息的安全传输。     

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.     

基于通信卫星信号的星地双(多)基地雷达及关键技术

提出了一种基于通信卫星信号的非合作式星地双(多)基地雷达进行空中目标(隐身)探测的配置方案;分析了其基本原理及基本测量参量;探讨了实现基于通信卫星信号的非合作式星地双(多)基地雷达的关键技术。