增强物理层安全的联合发射天线选择和人工噪声技术

针对未来多天线通信系统的安全问题,提出了一种增强无线物理层安全的传输策略。该策略基于发射天线的选择以及人工噪声,并采用Alamouti编码。它可以使发射机和接收机以较低的复杂度代价提高合法信道的分集增益,同时有效干扰窃听信道,使通信系统获得更高的安全容量。对系统安全容量、天线数量、以及信息信号与人工噪声之间的功率分配等问题进行了研究,仿真结果表明,该传输策略能够有效地增强物理层安全。      

天线选择策略在MIMO中继系统中的应用及改进

为了降低MIMO系统的射频链路成本同时保证其性能增益,该文在两跳MIMO中继系统中分析了理想和几种优化的天线选择策略,并分别在放大转发和译码转发两种中继方式下得出了系统中断概率表达式。最后,通过对不同天线选择策略下系统中断概率的数值仿真对比其系统性能,得出了适用于实际通信系统的低复杂度的最佳策略。     

一种利用机器学习优化MIMO窃听信道天线选择的方法

为保障多输入多输出窃听信道系统中信息传输的保密性,提出了一种基于机器学习的天线选择方案。首先利用机器学习解决分类问题准确率高、处理大数据高效这一优势,设计了基于奇异值分解的特征值提取、基于信干噪比的标签赋值方案,建立了k最近邻分类器和逻辑回归分类器选择最优天线最大化保密性能(可达保密速率和保密中断概率)。与传统天线选择方案相比,所提方案获得了几乎一致的保密性能,并且大幅降低了系统的选择复杂度和误比特率。     

相关衰落MIMO信道下的联合天线子集选择

针对相关衰落MIMO信道下的联合天线子集选择,提出了2种选择算法。首先,在已知精确信道知识的情况下,选择算法选择以使接收数据流的SNR最大化和瞬时误差概率即误符号率最小化的天线子集,从而得到平均SNR增益改善的解析表达式;其次,当信道迅速变化时,在已知信道统计知识的情况下,选择算法选择以使全部可能信道实现的平均误差概率最小化的天线子集,从而得到编码增益,在极端相关信道条件下,也可以得到分集增益;基于2种选择算法的性能分析和仿真结果验证了本文提出算法的有效性。     

MF中继选择系统的物理层安全性能

针对合谋窃听场景下单天线多中继修改转发（MF）协作无线系统的安全性能较差问题,提出一种合谋窃听场景下联合源节点发送天线选择（TAS）和多中继选择的MF协作物理层安全系统,考虑最优的最大化主信道信噪比（SNR）和次优的最大化源节点-中继节点链路 SNR 两种中继选择方案,推导其安全中断概率（SOP）和遍历安全容量（ESC）的解析表达式。最优或次优中继选择的MF安全中继系统的SOP和ESC的数值计算结果与仿真结果相吻合,验证了上述理论分析的正确性;同时也表明源节点发射天线数和中继节点数越多、窃听节点数越少,最优或次优中继选择的MF安全中继系统的物理层安全性能越好。     

NOMA-D2D协作无线系统的物理层安全

针对未来海量用户设备接入的物理层安全（physical layer security，PLS）应用需求，提出了一种组合非正交多址接入（non-orthogonal multiple access，NOMA）、终端直通（device-to-device，D2D）与中继协作的NOMA-D2D协作无线系统PLS模型。该模型由采用发射天线选择（transmit antenna selection，TAS）的基站、分别作为基站和D2D发射端的NOMA远端蜂窝用户、D2D接收端以及被动窃听者组成，其中的D2D发射端承担基站的 NOMA 近端用户和解码转发中继两种角色。利用高斯—切比雪夫正交定理推导两种 TAS 方案下NOMA-D2D协作无线系统的安全中断概率、非零安全容量概率以及渐近安全中断概率的近似表达式。数值计算和仿真实验验证了NOMA-D2D协作无线系统PLS性能分析的准确性；在基站总功率恒定时增大分配给远端蜂窝用户的功率能有效提升NOMA-D2D协作无线系统的PLS性能。     

接近最优的编码MIMO系统的发送天线子集选择算法

多天线无线系统可提供更大的信道容量和更好的抗衰落能力,发送端利用反馈的部分信道状态信息进行发送天线子集选择能够进一步提高信道容量。该文提出了一种MIMO系统的快速的、动态的天线子集选择算法,其提供的信道容量高于已有的静态算法,且接近于最优天线选择算法,而无需计算所有可能的天线子集组合的信道容量,因而具有更低的复杂度。将本文算法与比特交织编码调制(BICM)技术相结合,对各天线速率进行适配,提出了空时自适应比特交织编码调制(ST-ABICM)方案。仿真结果证实了该方案性能的优越性。     

MIMO系统中的接收天线选择算法研究

多输入多输出(MIMO)系统能极大地提高通信系统的容量和频谱利用率,然而多个射频链路的使用增加硬件成本和信号处理负担。最优的选择算法(穷举算法)和次优算法(递增或者递减算法)均能减少系统的成本和复杂度。但在天线规模较大时,选择天线时的计算量仍较大。提出一种基于信道矩阵特征空间的范数算法,仿真表明:相对于最优算法(穷举算法)和次优算法(递增或者递减算法),该算法能在损失较少容量的同时,极大地减少系统天线选择的计算时间。     

Performance Analysis of Transmit Antenna Selection in Nakagami-m Fading Channels

This paper considers the error performance of an uncoded multiple-input-multiple-output (MIMO) wireless system with antenna selection at the transmitter and maximal ratio combining (MRC) at the receiver end. Exact closed-form expressions are derived for symbol error probability of the aforementioned scheme in independent and identically distributed (i.i.d) Nakagami-m fading channels.     

基于矩阵特征值分解的MIMO天线选择算法

天线子集选择技术是一种有效的低代价且能够获得MIMO好处的技术.文中提出了一种基于矩阵特征值分解的天线选择算法以最大化信道容量,它将大的搜索空间分成若干小区间,在较小的搜索空间中采用穷举法.分析了所提算法及相关算法的计算复杂度.仿真实验表明,该算法能够获得接近穷举法的中断容量性能而且具有较低的计算复杂度.     

Secrecy outage performance analysis of MIMO underlay cognitive radio networks with delayed CSI and transmitter antenna selection

Cognitive radio network is an emerging solution to deal with spectrum scarcity and to utilize the radio spectrum in opportunistic and efficient manner. Secure data transmission is one of the important issues in these kind of networks. This work studies the secrecy outage performance of a multiple-input multiple-output underlay cognitive wiretap radio network system over Rayleigh fading channel with delayed channel state information. This work considers that the secondary transmitter is equipped with multiple antennas and confidential information is transmitted from to multiantenna receiver in the presence of multiantenna eavesdropper. Further, the transmit antenna selection scheme is considered at secondary transmitter to reduce the complexity of antenna selection and to make it more practicable. To improve the quality of signal, this work considers maximal ratio combining (MRC) at secondary receiver, while selection combining and MRC techniques are utilized at the eavesdropper. The closed form expression for exact, asymptotic, and intercept secrecy outage probability has been derived, and the simulation is done for the validation of analytical results. The derived results reveal deterioration of channel secrecy performance with outdated channel state information, and the eavesdropper with outdated channel state information has also an adverse effect. Moreover, the diversity order that can be achieved in underlay cognitive radio network with outdated channel state information is unity.     

空间相关MIMO信道天线选择系统闭合容量式

在空间瑞利相关信道下,笔者推导了混合选择/多输入多输出系统(H-S/MIMO)信道容量的精确表达式。以2发送天线和2/3接收天线的MIMO系统为模型,使用MATLAB对该系统进行了仿真。结果表明,理论分析与仿真曲线相吻合,进一步说明文中理论分析的正确性。     

Asymptotic performance analysis of untrusted relay system with full-duplex jamming destination

The cooperative relay technique in the field of physical layer security is widely concerned by the academic community,due to the advantages of increasing the network capacity and expanding the network coverage.However,cooperative relays may play as untrusted nodes in some certain circumstances.Based on this,to enhance the secrecy performance of untrusted relay systems,a novel full-duplex destination jamming (FDJ) scheme was proposed in the Rayleigh fading channel.In order to maximize the system’s secrecy capacity,a switchable split-optimal antenna selection (OAS) scheme was proposed for a multiple-antenna destination,the power allocation optimization scheme between the source and destination was designed,and the corresponding closed-form expressions of secrecy performance were given.In the large-scale antennas analysis,the closed-form expressions of the ergodic achievable secrecy rate and the optimal power allocation factor of instantaneous secrecy capacity for the FDJ-OAS scheme were derived.Furthermore,based on different asymptotic cases,the asymptotic analyses of secrecy outage probability for the FDJ-OAS scheme were significantly analyzed.Simulation results show that the analytical curves match well with the Monte-Carlo simulation results.It is concluded that the diversity order of the FDJ-OAS scheme is proportional to the number of antennas and antenna diversity can be achieved,which reveals the advantages of the proposed FDJ-OAS scheme.     

莱斯衰落中多用户大规模MIMO系统的安全通信

研究了莱斯衰落信道中多用户集中式大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)系统的安全通信问题。基站利用上行训练获取信道状态信息,之后利用最大比传输波束成形算法进行下行数据传输。基于随机矩阵理论,分别分析了合法用户和窃听者的信息速率表达式,从而得到了遍历安全速率的闭合表达式。基于获得的结果,进一步分析了极端莱斯K因子和无限发送数据功率下系统的极限安全性能。最后,通过不同条件下的实验仿真设计,验证了系统的安全性能,同时证实了所得结果的正确性。     

Nakagami信道下MIMO解码转发中继系统的安全性能分析

在协同自适应解码转发中继系统中,该文针对Nakagami-m衰落信道,研究了基于多天线低复杂度的机会式传输策略的物理层安全性能。为充分利用天线分集增益提升系统安全性能,发送节点均采用发送天线选择策略,接收节点均采用最大比合并策略。推导了系统安全中断概率的闭合表达式,并进一步提供了渐近性能分析,得到了系统的安全分集阶数。仿真结果验证了理论分析的正确性,并揭示了各系统参数对机会式传输方案的安全性能的影响。结果表明,通过增加合法节点的天线数和增大合法信道的Nakagami衰落信道参数可显著提升系统安全性能。     

混合发射天线选择的等增益传输系统优化设计

文中研究了混合发射天线选择的等增益传输(TAS-EGT)系统优化设计问题.根据信道衰落系数的排序统计特性,给出了TAS-EGT系统的平均接收信噪比,提出了最小发射天线数的计算方法.由于TAS-EGT系统的性能并非完全正比于射频链路数,因此文中提出了最优射频链路数的计算方法.仿真结果显示增加少量的发射天线可以节省大量的射频链路.因此,文中提出的算法可以降低系统的成本和复杂度,优化系统的性能以减少不必要的开销.     

MIMO系统中的天线选择技术

MIMO系统是无线通信领域的研究热点,他能够极大地提高通信系统的容量和频谱利用率。然而使用多个射频的MIMO系统增加了天线的体积、功率和硬件,从而增加了成本。因此寻找具有MIMO天线优点且低价格、低复杂度的最优天线选择极具吸引力。总结了天线选择的方案、介绍了两类关键实现算法和最新研究进展,并在性能上进行分析比较,最后指出了该技术的实际应用问题。     

一种具有发射天线选择功能的Lx波段功放设计

提出了一种Lx波段功放的设计方法。通过对基于3 dB电桥的功率合成电路进行改进,功放可实现发射天线选择功能。文中对该设计方法进行了理论计算,以及基于ADS软件的仿真分析,并研制出Lx波段的350 W功放试验样机。实际测试结果与仿真结果基本一致。     

On the Secrecy Rate of Limited Feedback Beamforming over Multiple-Input Single-Output Wiretap Channels

The secrecy rate of limited feedback beamforming is studied for a Multiple-Input Single-Output （MISO） wiretap channel with a multi-antenna eavesdropper. We first obtain the secrecy rate of limited feedback beamforming achieved at the legitimate receiver. We then derive a lower bound for the asymptotic secrecy rate in the large system limit, From this bound, we observe a threshold for the ratio of eavesdrop antennas to transmit antennas to obtain a positive secrecy rate. We further show that the secrecy rate loss due to limited feedback decays with the number of feedback bits per transmit antenna.     

基于天线选择的低秩信道MIMO系统容量研究

最近的研究表明,在衰落信道多天线MIMO系统的容量随发射天线数线性增加.而对于低散射环境,即使信号经历独立的衰落,信道秩的降低也会严重影响系统容量的增加.对于这种低秩环境,选择天线发射或接收可以有效地降低系统的成本.本文研究了天线选择对低秩信道MIMO系统容量的影响.仿真结果表明,对不同的信道条件,适当选择天线发射不仅可以增加信道容量,而且可以降低系统的复杂度和射频成本.适当选择天线接收,在不严重降低系统容量的前提下,也达到了降低系统成本的目的.