基于无线供能反向散射通信系统安全性的稳健机会约束优化算法设计

针对无线供能反向散射通信系统中信道不确定性以及安全性问题,提出一种考虑系统安全性的稳健机会约束优化算法.首先,在考虑窃听数据传输速率约束、最小能量收集约束和设备反射率约束条件下,建立一个基于信道不确定性的最大化系统传输速率最小值的优化问题.为求解该问题,应用基于伯恩斯坦型不等式的安全近似方法,将原不确定性问题转换为确定...     

储能-发送模式的单天线两跳中继系统保密速率的优化

该文研究节点具有能量收集能力的两跳中继系统的物理层安全传输方案。考虑窃听节点与源和中继节点间都有直接链路的情况。每个数据传输时隙分为能量收集和数据传输两个阶段,各节点用收集的能量发送信号。中继采用放大转发方式,目的节点发送人工噪声进行协作干扰,保护在两跳传输中传输的保密信息。以最大化保密速率为目标,采用迭代算法优化能量吸收和数据传输两阶段的时间分配比例系数和协作干扰功率分配因子。仿真结果表明优化算法准确,优化后的协作干扰方案能显著提高系统的保密传输速率。由于考虑了窃听节点在两跳传输中都能接收到信号的可能性,文中方案更贴近实际,并解决了一个复杂的优化问题。     

窃听多天线的多用户调度安全性能分析

物理层安全作为一种密钥缺省的安全方案,逐渐成为信息安全和无线通信两个领域的交叉热点,其主要利用物理层传输资源保证合法接收者正常通信,同时抑制窃听信道通信。针对这一特点,提出了基于无线通信网络中窃听用户多天线、发送端多用户调度,合法接收端选择最好用户的模型,这时窃听用户进行随机选择,分析这种情况下主信道信噪比、窃听信道信噪比、安全传输速率以及窃听用户天线数目对系统安全性能的影响。仿真结果表明,窃听信道多天线时中断概率增加,即降低了系统的安全性能,但增加发送端用户数目、降低窃听信道信噪比、增加主信道信噪比可以显著提高系统的安全速率。同时证明,这种方案同随机选择发送用户相比较,切实提高了系统的安全性能。     

基于AF策略的高斯正交不信任中继信道的最优资源分配

本文研究了高斯正交中继窃听信道,中继节点同时作为窃听者的情况,源节点同中继节点和目的节点在信道1上传输信号,中继节点同目的节点在信道2上传输信号,信道1和信道2在频率上是正交的。通过分析,在总的信道资源受限的情况下,通过优化功率及信道带宽获得最大的安全速率。本文给出了在高斯正交信道下,当只考虑功率或带宽时,存在唯一的功率或带宽使得安全速率达到最大,并且通过仿真结果说明了采用最优资源分配可得到比等资源分配更大的安全速率。     

多跳协同中继网络下物理层安全传输方案

针对多跳中继传输系统的信息安全传输问题,提出了一种基于全双工模式下多节点协作干扰(FD-MCJ)的物理层安全传输方案。该方案利用通信网络中的中继节点发送干扰信号恶化窃听节点的接收性能,同时中继节点根据信道状态信息(Channel State Information, CSI)自适应的选择两种情况下的安全传输方案。本文首先利用泊松点过程对窃听节点位置进行安全建模;然后,根据CSI可用程度,给出不同的安全传输具体方案,在考虑系统的跳数、天线间自干扰以及发射功率和干扰功率等因素下,推导FD-MCJ方案下系统保密中断概率的闭式解;最后,数值分析和蒙特卡洛仿真表明,理论推导的正确性以及多跳中继系统中采用全双工多节点协作干扰方案能够有效提升系统安全性能。      

面向物理层安全的广义随机空间调制技术

针对窃听信道质量优于合法信道质量时的物理层安全传输问题,提出了一种广义随机空间调制技术。该技术利用合法信道的瞬时状态信息随机扰乱比特到符号的映射关系,实现物理层安全传输。首先给出了广义随机空间调制系统的收发机结构。然后计算了合法接收用户的误码率上界和系统保密容量。从误码率上界的表达式得出,所提广义随机空间调制系统可靠性与传统广义空间调制相同,由此可在不损失系统可靠性的前提下实现安全传输。保密容量的计算表明,安全通信速率不随窃听方天线增多而下降,因此能抵抗具备海量天线的窃听者。最后用仿真验证理论分析的准确性和所提方案的有效性。     

NOMA系统中基于协作干扰的物理层安全方案

针对NOMA系统中的信息安全传输问题,提出基于协作干扰的物理层安全方案,该方案利用外部协作节点发送干扰信号恶化窃听者的接收性能。本文首先利用泊松点过程对协作节点和窃听者的位置进行安全建模,然后推导了随机协作干扰方案下系统保密中断概率的闭式解,但随机协作干扰方案会同时恶化合法用户的接收信号,性能有限,因此提出一种信道增益受限的协作干扰方案,该方案选择到近端用户和远端用户的瑞利信道因子均小于一定阈值的协作节点发送干扰信号,会对窃听者造成更严重的影响。仿真结果表明,在NOMA系统中采用受限的协作干扰方案能够有效提升系统安全性能。      

大规模天线SWIPT的安全速率性能分析

多入单出广播系统中,现有研究均是在完整信道状态信息下来优化单用户安全速率,而实际上,系统中不可能只存在一个用户,基站往往接收到的也是不完整信道状态信息.针对此问题,提出了一种顽健性波束成形方案.在多用户情况下,考虑信道估计误差对系统安全速率的影响,采用粒子群算法来联合优化发射波束成形矢量、人工噪声协方差和功率分流比,从而在确保用户收集一定能量的同时最大化安全传输速率.仿真结果表明,所提方案相对于理想情况下的安全速率略微降低,但考虑到存在窃听用户和估计误差的情况,对实际系统具有指导意义.     

全双工目的端加扰安全传输系统中的天线模式切换

在包含一个单天线信源、一个单天线窃听者和一个多天线全双工目的端的无线窃听信道通信系统中,提出并解决了最大化可达安全速率的优化问题。为最大化全双工目的端加扰无线通信系统的可达安全速率,基于动态天线模式切换和最优功率分配技术,设计了一种两步走联合优化方案。具体地,基于全局信道状态信息,首先推导出最优功率分配因子的闭合表达式。结合最优功率分配因子闭合式,设计了一种基于贪婪策略的天线模式切换方案,分别得到最优的发射和接收天线集。仿真结果验证,采用本文所设计联合优化方案的全双工目的端加扰无线通信系统的安全性能远优于传统全双工目的端加扰无线通信系统。      

无线携能保密网络下的中继协作波束形成算法

本文研究了无线携能通信网络中的多窃听者场景下,基于无线能量收集放大转发中继的协作机密信息安全传输问题.提出了两种低复杂度的零空间波束形成方案.分别利用接收者或窃听者方位先验信息,将待优化的目标矢量投射到接收者或窃听者信道的零空间.与原协作波束形成方法相比,由于降低了待优化目标矢量的空间自由度,本文方法运算复杂度较低.特别的,由于第二种方法目标函数中将窃听者的交互信息迫零,将原始拟凸优化问题转化为凸问题求解,进一步降低了运算量.实验研究验证了本文方法的合理性.     

能量收集系统中基于能量协同和协同干扰的保密传输方案

研究节点具备能量收集能力的中继窃听信道保密速率的优化问题,提出一种基于人工噪声协同干扰和节点间能量协同的物理层安全传输策略.各节点采用储能-发送模式工作,即先收集能量,再用于数据传输.中继节点采用放大转发方式,目的节点发送人工噪声进行协同干扰.由于中继节点所需功耗较高,目的节点将用于发送干扰之外的剩余能量转移给中继节点.给出以最大化保密速率为目标函数,优化能量吸收时间比例系数和干扰功率分配因子的两步优化算法.仿真结果表明人工噪声和能量协同的引入能有效提高系统的保密传输速率.     

Enhancing secrecy rates in a wiretap channel

Reliable communication imposes an upper limit on the achievable rate, namely the Shannon capacity. Wyner's wiretap coding ensures a security constraint and reliability, but results in a decrease of achievable rate. To mitigate the loss in secrecy rate, we propose a coding scheme in which we use sufficiently old messages as key and prove that multiple messages are secure with respect to all the information possessed by the eavesdropper. We also show that we can achieve security in the strong sense. Next, we study a fading wiretap channel with full channel state information of the eavesdropper's channel and use our coding/decoding scheme to achieve a secrecy capacity close to the Shannon capacity of the main channel (in the ergodic sense). Finally, we study a case where the transmitter does not have instantaneous information of the channel state of the eavesdropper, but only its distribution.     

Cooperative Privacy Provisioning for Energy Harvesting Based Cognitive Multi-Relay Networks

In order to provide privacy provisioning for the secondary information,we propose an energy harvesting based secure transmission scheme for the cognitive multi-relay networks.In the proposed scheme,two secondary relays harvest energy to power the secondary transmitter and assist the secondary secure transmission without interfere the secondary transmission.Specifically,the proposed secure transmission policy is implemented into two phases.In the first phase,the secondary transmitter transmits the secrecy information and jamming signal through the power split method.After harvesting energy from a fraction of received radio-frequency signals,one secondary relay adopts the amplify-and-forward relay protocol to assist the secondary secure transmission and the other secondary relay just forwards the new designed jamming signal to protect the secondary privacy information and degrade the jamming interference at the secondary receiver.For the proposed scheme,we first analyze the average secrecy rate,the secondary secrecy outage probability,and the ergodic secrecy rate,and derive their closed-form expressions.Following the above results,we optimally allocate the transmission power such that the secrecy rate is maximized under the secrecy outage probability constraint.For the optimization problem,an AI based simulated annealing algorithm is proposed to allocate the transmit power.Numerical results are presented to validate the performance analytical results and show the performance superiority of the proposed scheme in terms of the average secrecy rate.     

一种针对基于人工噪声的MU-MISOME保密通信系统的全新优化方案（英文）

This study investigates artificial noise aided Multiuser Multiple-Input Single-Output(MU-MISO) broadcast wiretap system designs in slow fading channel environment. We adopt a beamforming technique with artificial noise to achieve secure multiuser communication and optimize system performance. To overcome the complexity of this model, a novel optimization scheme using semiclosed-form expressions and Monte Carlo method is employed to derive the relationship between transmission parameters and secu...     

存在辅助节点的MIMO窃听信道安全性能研究

为了提高MIMO窃听信道的可达安全速率,提出了基于广义奇异值分解的合作干扰策略。该策略中源节点和辅助节点同时采用基于广义奇异值分解的波束形成技术,源节点发送消息信号,辅助节点发送独立于消息信号的噪声信号,噪声信号对目的节点和窃听节点都产生干扰。此外设计了源节点和辅助节点采用合作干扰策略时的联合最优功率分配算法。该算法可以实现源节点和辅助节点在总功率受限时的可达安全速率最大化。仿真结果表明,与现有的非合作最优功率分配算法相比,本文提出的合作干扰策略在大信噪比时可以显著提高系统的可达安全速率。      

结合全双工与协作干扰的无线网状网物理层安全策略

针对无线网状网中缺少窃听者先验知识不利场景中的安全连接问题,提出了一种结合全双工和协作干扰技术的物理层安全策略。利用全双工通信中的自干扰消除技术和协作干扰技术,提出的安全策略可有效劣化位于信息传播范围内包括潜伏在接收节点附近窃听者的接收性能。为保证信息的安全传输给出了协作干扰节点的选择方法,基于随机几何等数学方法导出了选定路径的安全连接概率表达式。性能分析和仿真结果表明,所提方法与仅基于全双工或协作干扰技术的方法相比,其安全性能有较大提升。     

Towards the Secrecy Capacity of the Gaussian MIMO Wire-Tap Channel: The 2-2-1 Channel

We find the secrecy capacity of the 2-2-1 Gaussian MIMO wiretap channel, which consists of a transmitter and a receiver with two antennas each, and an eavesdropper with a single antenna. We determine the secrecy capacity of this channel by proposing an achievable scheme and then developing a tight upper bound that meets the proposed achievable secrecy rate. We show that, for this channel, Gaussian signalling in the form of beam-forming is optimal, and no pre-processing of information is necessary.