MIMO全双工双向通信系统平均保密和速率的优化

研究多入多出（Multiple Input Multiple Output,MIMO）同时同频全双工双向通信系统中,合法节点在接收信息的同时向对方发送保密信息,并发送零空间人工噪声干扰窃听节点的物理层安全方案的优化问题.针对窃听信道状态信息仅统计分布已知,且存在残余自干扰的情况,首先推导出系统平均保密和速率的闭合表达式,进一步给出其下界.在此基础上,以最大化系统该下界为目标,对两节点的信息信号与人工噪声的功率分配因子、信息信号的功率分配矩阵进行联合优化.采用迭代的方法进行优化,每轮迭代中,先固定前者,优化后者,再固定后者,优化前者.使用DC（Difference of Concave/Convex,DC）规划优化信息信号功率分配矩阵,使用遗传算法优化信息信号与人工噪声的功率分配因子.对所提方案进行了仿真验证,证明理论推导正确,优化算法能有效地提高系统的平均保密和速率.     

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.     

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。      

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。     

大规模MIMO中继系统中多用户物理层安全传输方案

研究大规模多输入多输出中继网络中的多用户物理层安全传输方案.系统模型中假设窃听节点与源节点和中继节点间都有直接链路,窃听节点可以接收到源节点和中继发送的信号.在不能获得窃听者信道状态信息的情况下,大规模MIMO中继采用简单的最大比合并/最大比发射信号处理方案,并配合中继零空间人工噪声和目的端的协作干扰实现多用户的信息安全传输.对保密速率及其在中继天线数无限增长时的渐近值进行了理论分析,并进行仿真.仿真结果显示系统的保密和速率随中继天线数的增长而增长,最终趋于理论渐近上界值.仿真结果也表明即使窃听节点具有多用户间干扰消除能力,并能同时拦截源节点和中继发送的信号,采用本文的方案仍然能获得可观保密速率.     

多天线预均衡时间反转安全传输系统中预均衡器的优化

时间反转传输技术通过利用多径传输实现信号能量在空间和时间上的聚集,具有天然的抗窃听特性.本文在多输入单输出(Mingle-Input Single-Output,MISO)时间反转物理层安全传输系统中,在常规的发送预滤波器前增加一个所有天线共用的预均衡器,并针对保密速率最大化进行优化.相比较联合优化所有预滤波器的方案,优化预均衡器的复杂度明显更低.仿真结果表明,针对安全传输优化的预均衡时间反转系统,在配备4根发送天线、上采样因子为1时高发送功率下的可达保密速率比常规时间反转传输系统约高2倍,且天线数目越多,上采样因子越大,性能优势越明显.     

基于链路间干扰辅助的中继D2D系统安全通信方法

在包含中继节点的D2D(Device-to-Device)系统中,针对蜂窝链路与D2D链路同时受窃听的问题,提出一种基于链路间干扰辅助的中继D2D系统安全通信方法.首先,确定蜂窝链路与D2D链路上下行发送模式;然后,在基站与中继节点的发送信号中添加人工噪声,协作干扰窃听者;最后,对基站功率分配与D2D功率控制进行了优化,以实现不同类型链路间干扰辅助保障系统安全.仿真结果表明,所提出的安全通信方法在保密速率方面比SVD(Singular Value Decomposition)与ZF(Zero-Forcing)预编码方法提高了1.5bit/s/Hz.     

混合双工主动窃听系统中的干扰端优化研究

随着不法分子对公共安全的威胁日益加大，主动窃听在商业和军事领域开始发挥重要作用。针对可能存在的解码转发中继网络下的可疑通信，提出了一种混合双工主动窃听系统。假设可疑用户受到干扰后，为了保持恒定的中断概率，将被迫改变可疑发送者的发送速率，利用这一特性对主动窃听者干扰端进行优化处理使得平均窃听速率最大化。通过将窃听到的两个时隙的信息进行不同的处理，分析了接收端两种不同信号合并方案下的平均窃听速率以及相应的最优干扰功率，最后还比较了最优干扰策略下该系统与其他文献中的系统的窃听性能差异。表达式和仿真结果表明，同样在最优干扰策略下，本文提出的混合双工主动窃听系统在接收端采用最大比合并方案时的主动窃听性能最优。      

放大转发中继网络中绿色的物理层安全通信技术

该文基于物理层安全理论,针对能量受限的无线中继网络提出一种绿色的保密通信方案。该方案在节点功率约束和系统最小目标保密速率要求下,通过最优功率控制实现系统的安全能效最大化,并基于分式规划、对偶分解和DC(Difference of Convex functions)规划理论提出了一种迭代的功率分配算法。通过仿真比较,能效优化可以显著提升系统的安全能效,然而相对于保密速率最大化会有一定保密速率损失,这是由于能效和保密之间存在固有的折中。但是,能效优化的保密速率仍然大于发送总功率最小化的保密速率。     

MIMO异构网络中一种基于人工噪声的抗主动窃听者的鲁棒安全传输方案

为保证MIMO异构网络面临多天线主动窃听时的安全性,该文提出一种基于人工噪声的抗主动窃听者的鲁棒安全传输方案。首先,考虑窃听者发送上行导频干扰的情形,研究了其发送的上行导频干扰对合法用户信道估计的影响。随后,基于信道估计结果对宏基站、微基站的下行数据与噪声信号的预编码矩阵进行设计,并推导了此种情形下系统安全速率的表达式。然后,以系统安全速率最大化为目标对基站的下行数据与噪声信号的发送功率进行优化设计,并提出一种基于1维线性搜索的求解方法。进一步地,考虑窃听者在发送上行导频干扰后,继而发送噪声干扰用户下行通信的情形,提出一种基于离散零和博弈方法来获取最优的发送功率设计。仿真结果验证了所提方案的安全性和鲁棒性。