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基于可重构智能表面的单天线盲抗干扰方案

信息工程大学学报 2023年第4期24卷 406-414页

作者：楼洋明金梁信息工程大学河南郑州450001

恶意干扰会严重影响无线通信性能,因此未知信道信息条件的盲抗干扰问题引起广泛研究。当阵列自由度不足时将会影响盲抗干扰性能,针对现有研究中的自由度需求,给出一种基于可重构智能表面的单天线盲抗干扰方案。利用可重构智能表面在信... 详细信息

恶意干扰会严重影响无线通信性能,因此未知信道信息条件的盲抗干扰问题引起广泛研究。当阵列自由度不足时将会影响盲抗干扰性能,针对现有研究中的自由度需求,给出一种基于可重构智能表面的单天线盲抗干扰方案。利用可重构智能表面在信号接收时快速改变反射权值,令接收信号经历不同复合信道到达天线;该方式使单天线等效为多天线阵列,提高自由度;在此基础上利用独立成分分析算法分离期望信号与干扰。仿真结果表明,在高干信比条件下,该方案性能优于典型基于可重构智能表面被动波束赋形的抗干扰方案。

关键词：盲抗干扰可重构智能表面自由度独立成分分析

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基于极化码的无协商密钥物理层安全传输方案

电子与信息学报 2020年第12期42卷 2946-2952页

作者：黄开枝万政楼洋明肖帅芳许晓明中国人民解放军战略支援部队信息工程大学郑州450001

针对现有的密钥生成方案需要在通信流程中增加额外的密钥协商协议,导致在5G等标准通信系统中应用受限的问题,该文提出一种基于极化码的无协商密钥物理层安全传输方案。首先基于信道特征提取未协商的物理层密钥,然后针对物理信道与密钥... 详细信息

针对现有的密钥生成方案需要在通信流程中增加额外的密钥协商协议,导致在5G等标准通信系统中应用受限的问题,该文提出一种基于极化码的无协商密钥物理层安全传输方案。首先基于信道特征提取未协商的物理层密钥,然后针对物理信道与密钥加密信道共同构成的等效信道设计极化码,最后利用未协商的物理层密钥对编码后的序列进行简单的模二加加密后传输。该方案通过针对性设计的极化码纠正密钥差异和噪声引起的比特错误,实现可靠的安全传输。仿真表明,该文基于等效信道设计的极化码在保证合法双方以最优的码率可靠传输的同时可以防止窃听者窃听,实现了安全与通信的一体化。

关键词：物理层安全密钥生成极化码信息协商安全与通信共生

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双向多天线中继系统中的安全波束成形

中国科学：信息科学 2018年第2期48卷 221-232页

作者：黄宇张立健金梁刘璐楼洋明国家数字交换系统工程技术研究中心郑州450002

针对双向多天线中继系统中信息易被窃听的问题,提出了两种安全波束成形方案:安全和速率最大化波束成形(secrecy sum rate maximization beamforming,SSRMB)与零空间波束成形(null space beamforming,NSB).SSRMB方案中,采用具有收敛特性... 详细信息

针对双向多天线中继系统中信息易被窃听的问题,提出了两种安全波束成形方案:安全和速率最大化波束成形(secrecy sum rate maximization beamforming,SSRMB)与零空间波束成形(null space beamforming,NSB).SSRMB方案中,采用具有收敛特性的连续凸估计策略,对非凸的安全和速率最大化问题进行求解,得到局部最优波束成形解.针对中继节点的天线个数大于窃听节点个数这一特殊场景,设计了低复杂度NSB方案,将中继转发的信息投影到等效窃听信道矩阵的零空间中,通过求解一个广义Rayleigh熵问题获得波束成形解.仿真结果表明,所提方案可以有效地提高系统的安全性能,SSRMB方案具有快速收敛特性.

关键词：物理层安全安全和速率连续凸估计零空间波束成形半定规划

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基于MIMO接收信号空间的密钥生成方案

中国科学：信息科学 2017年第3期47卷 362-373页

作者：楼洋明金梁钟州黄开枝张胜军国家数字交换系统工程技术研究中心郑州450002

针对现有密钥生成依赖信道参数,在信道慢变条件下,密钥生成速率不高的问题,提出一种基于MIMO系统接收信号空间的密钥生成模型.合法通信双方在当前接收信号空间中提取密钥,并通过控制发送信号的变化来提高接收信号的随机性,从而使密钥速... 详细信息

针对现有密钥生成依赖信道参数,在信道慢变条件下,密钥生成速率不高的问题,提出一种基于MIMO系统接收信号空间的密钥生成模型.合法通信双方在当前接收信号空间中提取密钥,并通过控制发送信号的变化来提高接收信号的随机性,从而使密钥速率不受制于信道变化速度.在此基础上,提出一种密钥生成方法,使合法通信双方可以获取接收信号空间并从中随机选择相同的接收信号矢量,进而提取密钥.同时使用迭代优化的方式获得最佳的发射功率分配方式,使密钥速率最大.仿真结果表明了该密钥生成方法的有效性.

关键词：物理层安全密钥生成 MIMO系统接收信号空间功率分配

基于改进阻塞矩阵的DMA小信号主瓣保形与导向失配恢复方案

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信息工程大学学报 2023年第4期24卷 424-431页

作者：王元凯金梁楼洋明信息工程大学河南郑州450001

传统阵列天线在运用阻塞矩阵预处理对抗主瓣强干扰过程中,期望小信号会出现主瓣失真,峰值偏移和旁边电平上升,造成一定的信息损失,影响阵列天线接收信号的输出信干噪比(Signal-to-Interference-Noise Ratio,SINR)。为解决这个问题,提出... 详细信息

传统阵列天线在运用阻塞矩阵预处理对抗主瓣强干扰过程中,期望小信号会出现主瓣失真,峰值偏移和旁边电平上升,造成一定的信息损失,影响阵列天线接收信号的输出信干噪比(Signal-to-Interference-Noise Ratio,SINR)。为解决这个问题,提出一种基于改进阻塞矩阵的动态超材料天线(Dynamic Metamaterial Antenna,DMA)小信号主瓣保形与导向失配恢复方案。首先,基于DMA结构特性设计改进阻塞矩阵,对接收信号进行预处理;其次,采用权矢量补偿方法对小信号的导向矢量进行变换;最后,通过自适应空域滤波算法设计求解DMA的方向图状态向量,在天线射频前端实现了空域滤波小信号匹配接收。仿真结果表明,经过阻塞矩阵预处理后的DMA比传统天线具有更好的空域波束赋形能力。所提方案能够有效对抗主瓣存在强干扰的情况,降低主瓣失真,恢复小信号主瓣峰值偏移的导向矢量,进一步提高期望小信号的接收增益,证明所提算法的有效性以及优于传统天线阵列波束形成方法的优势。

关键词：动态超材料天线改进阻塞矩阵主瓣干扰信干噪比最大化

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基于接收信号波形的密钥生成方案

信息工程大学学报 2017年第2期18卷 166-171页

作者：楼洋明钟州金梁韩乾国家数字交换系统工程技术研究中心河南郑州450002

传统基于信道参数的密钥生成方案在信道慢变条件下难以实现对密钥的及时更新。针对该问题,提出一种基于接收信号波形的密钥生成方案,利用发送方在测得信道的条件下,可以根据发送信号及信道参数计算出接收信号的特点,令合法通信双方从接... 详细信息

传统基于信道参数的密钥生成方案在信道慢变条件下难以实现对密钥的及时更新。针对该问题,提出一种基于接收信号波形的密钥生成方案,利用发送方在测得信道的条件下,可以根据发送信号及信道参数计算出接收信号的特点,令合法通信双方从接收信号中提取密钥,使密钥在信道慢变条件下能够及时更新。同时通过在非最佳位置采样,人工引入码间串扰,使接收信号趋于高斯分布,扩大了密钥空间。仿真结果表明,在准静态及慢衰落两种慢变信道条件下,该方案性能优于传统基于信道参数的密钥生成方案。

关键词：密钥生成 MISO 接收信号波形非最佳采样

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无线物理层密钥生成技术发展及新的挑战

电子与信息学报 2020年第10期42卷 2330-2341页

作者：黄开枝金梁陈亚军楼洋明周游马克明许晓明钟州张胜军中国人民解放军战略支援部队信息工程大学郑州450002 移动互联网安全技术国家工程实验室北京100876

物理层安全技术从信息论安全理论出发,保障通信安全,是实现安全与通信一体化的关键手段,逐渐成为国内外研究热点。该文围绕无线通信物理层密钥生成技术研究,主要聚焦在物理层密钥生成技术的理论模型,机制机理和研究现状,重点对比分析了... 详细信息

物理层安全技术从信息论安全理论出发,保障通信安全,是实现安全与通信一体化的关键手段,逐渐成为国内外研究热点。该文围绕无线通信物理层密钥生成技术研究,主要聚焦在物理层密钥生成技术的理论模型,机制机理和研究现状,重点对比分析了两种不同类型密钥生成算法,即源型密钥生成算法和信道型密钥生成算法的区别和联系,揭示了物理层密钥技术利用通信信道内在安全属性促进通信安全的实质。特别地,该文给出了一种可行的物理层密钥生成5G工程实现框架。最后,该文展望了物理层密钥生成技术未来可能的研究方向。

关键词：物理层密钥生成技术源型密钥生成算法信道型密钥生成算法 5G工程实现框架

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基于接收信号的多用户密钥生成方案

网络与信息安全学报 2018年第10期4卷 52-58页

作者：蔡奥林金梁钟州楼洋明国家数字交换系统工程技术研究中心河南郑州450002

基于信道特征生成密钥的方案为通信安全带来了新思路。但在多用户慢衰落条件下,基于信道特征的密钥生成方案由于参数变化慢,导致密钥更新慢。针对此问题,提出了基于接收信号的多用户密钥生成方案,即通过块对角化预编码实现多个随机信号... 详细信息

基于信道特征生成密钥的方案为通信安全带来了新思路。但在多用户慢衰落条件下,基于信道特征的密钥生成方案由于参数变化慢,导致密钥更新慢。针对此问题,提出了基于接收信号的多用户密钥生成方案,即通过块对角化预编码实现多个随机信号流的分发,使基站与用户能够从用户接收信号中提取密钥。仿真结果表明,提出的基于接收信号的多用户密钥生成方案能够有效提高多用户在准静态及慢衰落条件下的密钥速率。

关键词：密钥生成 MISO 多用户接收信号

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基于物理层密钥的消息加密和认证机制.

网络与信息安全学报 2018年第8期4卷 31-38页

作者：李兴志金梁钟州楼洋明国家数字交换系统工程技术研究中心河南郑州450002

针对传统高层消息认证存在密钥泄露隐患、物理层消息认证无法防止被动窃听的问题,提出一种基于无线物理层特征的消息加密和认证机制。通过提取无线信道特征生成物理层密钥,并与身份密钥结合生成种子密钥;随后根据提取的种子通过密钥流... 详细信息

针对传统高层消息认证存在密钥泄露隐患、物理层消息认证无法防止被动窃听的问题,提出一种基于无线物理层特征的消息加密和认证机制。通过提取无线信道特征生成物理层密钥,并与身份密钥结合生成种子密钥;随后根据提取的种子通过密钥流生成器产生密钥流对消息进行加解密,对传输数据的私密性进行保护;最后接收方通过CRC校验结果对接收消息的真实性、完整性进行认证。仿真结果表明,该方法在防止被动窃听和主动攻击上具有更好的性能,密钥流随机性显著提高,认证漏检率降低约12。

关键词：物理层密钥 CRC校验流密码消息认证