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非理想信道下基于人工噪声的密集异构蜂窝网安全传输方案

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电子与信息学报 2018年第10期40卷 2323-2330页

作者：许耘嘉黄开枝李军陈亚军国家数字交换系统工程技术研究中心郑州450002 中兴通讯股份有限公司上海200000

针对密集异构蜂窝网在非理想信道状态信息条件下的安全传输问题,该文分析了人工噪声对通信的可靠性和安全性的影响,在此基础上提出功率分配优化模型,在不同信道估计精度条件下给出了最优的功率分配因子。首先,考虑信道估计误差对合法信... 详细信息

针对密集异构蜂窝网在非理想信道状态信息条件下的安全传输问题,该文分析了人工噪声对通信的可靠性和安全性的影响,在此基础上提出功率分配优化模型,在不同信道估计精度条件下给出了最优的功率分配因子。首先,考虑信道估计误差对合法信号传输以及人工噪声泄露的影响,推导了典型通信链路的连通中断概率和安全中断概率。然后,在安全性和可靠性约束条件下建立功率分配优化模型以最大化系统安全吞吐量,并通过K维联合搜索算法得到每层网络的最优功率分配因子。最后,仿真结果表明系统设置最优功率分配因子时,人工噪声方案可提升约15%的安全吞吐量。

关键词：密集异构蜂窝网物理层安全信道估计误差人工噪声

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基于演化博弈机制的物理层安全协作方法

电子与信息学报 2015年第1期37卷 193-199页

作者：黄开枝洪颖罗文宇林胜斌国家数字交换网络工程技术研究中心

在无线网络中,当利用经典博弈机制研究物理层安全时,能量受限的发送端为了最大化自身安全速率,趋向于选择非协作策略,造成网络的安全速率降低。针对这一问题,该文提出一种基于演化博弈机制的物理层安全协作方法。首先,根据演化博弈机制... 详细信息

在无线网络中,当利用经典博弈机制研究物理层安全时,能量受限的发送端为了最大化自身安全速率,趋向于选择非协作策略,造成网络的安全速率降低。针对这一问题,该文提出一种基于演化博弈机制的物理层安全协作方法。首先,根据演化博弈机制定义策略(发送人工噪声或信号)和收益(不同策略组合下的安全速率);然后,发送端根据当前网络状态以及协作收益与平均期望收益的差值,不断进行策略调整以最大化收益;最后,通过求解获得使发送端达到协作稳定策略的条件,使网络从不稳定状态向协作稳定状态演化,从而提高了系统的安全速率。仿真和分析结果表明,在高斯信道条件下,相比经典博弈方法,该方法的发送端策略稳定在协作状态,网络安全速率可提高1 bit/(s?Hz)。

关键词：无线通信网络安全安全速率演化博弈协作干扰窃听者

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面向物理层安全的一种打孔极化编码方法

电子与信息学报 2014年第12期36卷 2835-2841页

作者：易鸣季新生黄开枝金梁王婧国家数字交换系统工程技术研究中心郑州450002 解放军信息工程大学郑州450002

为了解决物理层安全编码中安全性和可靠性之间的矛盾和提高保密速率,该文提出一种基于打孔极化码的安全编码方法。根据信道极化理论,该方法将私密信息位映射到合法者正常接收而窃听者无法译码的特定逻辑信道输入位,保证私密信息可靠且... 详细信息

为了解决物理层安全编码中安全性和可靠性之间的矛盾和提高保密速率,该文提出一种基于打孔极化码的安全编码方法。根据信道极化理论,该方法将私密信息位映射到合法者正常接收而窃听者无法译码的特定逻辑信道输入位,保证私密信息可靠且安全传输。然后,通过分析极化码的校验关系树,利用3个参数表征输出节点对私密信息位的影响,再按照影响程度大小确定打孔位置。理论分析与仿真结果表明,该方法保证私密信息传输安全性和可靠性的同时,提高了私密信息传输的有效性。

关键词：无线通信物理层安全安全编码极化码打孔

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多层建筑室内无线网络的协作安全研究

电子与信息学报 2018年第6期40卷 1461-1467页

作者：戚晓慧黄开枝钟智豪金梁季新生国家数字交换系统工程技术研究中心郑州450002

多层建筑室内无线网络安全问题的特殊性,主要由其具有随机性、动态性和复杂性的空间拓扑结构所引起的。针对多层室内无线网络节点分布随机、空间结构复杂、损耗类型多样等特点,该文结合物理层安全与随机几何理论,对多层室内无线网络中... 详细信息

多层建筑室内无线网络安全问题的特殊性,主要由其具有随机性、动态性和复杂性的空间拓扑结构所引起的。针对多层室内无线网络节点分布随机、空间结构复杂、损耗类型多样等特点,该文结合物理层安全与随机几何理论,对多层室内无线网络中的多节点协作安全传输展开研究。首先,基于多层泊松点过程对K层室内无线网络进行建模;在此基础上,将协作传输引入多层室内无线网络,并提出该网络的安全概率分析框架;随后,结合理论推导及仿真,分析了楼层总数、安全速率门限、用户所处楼层和各层发射功率配置等因素对多层室内无线网络安全性能的影响。最后,通过仿真验证了协作传输能够有效提高室内无线网络的安全性能。

关键词：室内无线网络物理层安全协作传输安全覆盖概率

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基于非理想信道状态信息的鲁棒安全发送方法

电子与信息学报 2015年第5期37卷 1187-1193页

作者：张立健金梁刘璐罗文宇国家数字交换系统工程技术研究中心郑州450002

针对协方差信道状态信息(Channel State Information,CSI)不理想导致的通信系统安全性能恶化问题,该文提出一种鲁棒的人工噪声辅助的物理层安全发送方法。该方法基于非理想的协方差信道信息,对发送者的波束成形向量及人工噪声协方差进... 详细信息

针对协方差信道状态信息(Channel State Information,CSI)不理想导致的通信系统安全性能恶化问题,该文提出一种鲁棒的人工噪声辅助的物理层安全发送方法。该方法基于非理想的协方差信道信息,对发送者的波束成形向量及人工噪声协方差进行联合优化设计,从而最大化系统的最差情况安全速率(Worst-Case Secrecy Rate,WCSR)。该功率受限的安全速率最大化问题是非凸的,采用半定松弛(Semi Definite Relaxation,SDR)技术和Lagrange对偶理论将其转化为一系列的半定规划(Semi Definite Program,SDP)问题进行求解。仿真结果表明,与现有方案相比,所提方法的安全性能有了明显的提升。

关键词：无线通信物理层安全安全速率非理想信道状态信息人工噪声鲁棒性

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卫星通信中一种快速RPEM算法

西安电子科技大学学报 2016年第6期43卷 122-128页

作者：李良山杨育红王兰信息工程大学信息系统工程学院河南郑州450001

记忆多项式预失真能够有效地补偿卫星信道的非线性失真,但存在收敛速度慢的缺点.将RPEM算法应用于卫星记忆多项式预失真中,提出了一种快速收缩递归预测误差算法.该算法通过利用Shrinkage方法和L1范数与L2范数差值最小化公式,获得了噪声... 详细信息

记忆多项式预失真能够有效地补偿卫星信道的非线性失真,但存在收敛速度慢的缺点.将RPEM算法应用于卫星记忆多项式预失真中,提出了一种快速收缩递归预测误差算法.该算法通过利用Shrinkage方法和L1范数与L2范数差值最小化公式,获得了噪声自由先验误差与噪声自由后验误差的关系,推导了一种最佳遗忘因子,有效地提高了收敛速度.仿真结果表明,收缩递归预测误差算法能够有效地抑制信号的星座扭曲和频谱再生,解决了非线性失真的问题,同时在几乎不增加计算复杂性的基础上,能够获得较快的收敛速度和较好的稳定性.

关键词：卫星通信非线性预失真信道

卫星信道快速非线性SHLMS Newton均衡算法

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西安电子科技大学学报 2017年第2期44卷 158-164页

作者：李良山杨育红王兰信息工程大学信息系统工程学院河南郑州450001

自适应沃尔泰拉均衡器能够有效地均衡卫星信道的非线性失真,但存在收敛速度慢的缺点.将LMS Newton算法应用于自适应沃尔泰拉均衡中,提出了快速非线性Shrinkage LMS Newton均衡算法.该算法通过使用Shrinkage方法和L1-L2范数最小化公式获... 详细信息

自适应沃尔泰拉均衡器能够有效地均衡卫星信道的非线性失真,但存在收敛速度慢的缺点.将LMS Newton算法应用于自适应沃尔泰拉均衡中,提出了快速非线性Shrinkage LMS Newton均衡算法.该算法通过使用Shrinkage方法和L1-L2范数最小化公式获得了噪声自由的先验误差与后验误差,再利用噪声自由的后验误差能量最小化的方法推导了一种最佳的变步长收敛因子,有效地提高了算法的收敛速度.仿真结果表明,Shrinkage LMS Newton均衡算法能够有效地纠正信号的幅度失真和相位失真,解决了卫星信道非线性失真的问题,并且与传统算法相比,Shrinkage LMS Newton算法在几乎不增加计算复杂性的基础上能够获得更快的收敛速度.

关键词：卫星信道非线性 LMSNewton 均衡

面向物联网准静态信道的中继协作密钥生成方法

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电子与信息学报 2018年第1期40卷 50-56页

作者：肖帅芳郭云飞白慧卿金梁黄开枝国家数字交换系统工程技术研究中心郑州450002

针对物联网准静态信道下密钥生成速率低的问题,该文提出一种基于中继节点协作的密钥生成方法。首先,通信双方通过信道估计获得直达信道和部分中继信道信息;然后,中继节点采用网络编码技术参与协作,使得通信双方获取全部中继信道信息;最... 详细信息

针对物联网准静态信道下密钥生成速率低的问题,该文提出一种基于中继节点协作的密钥生成方法。首先,通信双方通过信道估计获得直达信道和部分中继信道信息;然后,中继节点采用网络编码技术参与协作,使得通信双方获取全部中继信道信息;最后,通信双方在直达信道上进行密钥协商,利用直达信道信息、中继信道信息与协商信息共同生成相同的密钥。安全性分析表明该方法能够提高可达密钥速率,并且随着信噪比的提高,可达密钥速率呈线性增长,趋于最优值。蒙特卡洛仿真验证了理论分析的结果,并得出了增加中继节点数量、选取信道变化幅度大的中继节点,可以进一步提高可达密钥速率。

关键词：物理层安全密钥生成物联网中继协作

非理想信道状态信息的认知无线网络下行功率分配和波束赋形方法

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电子与信息学报 2018年第9期40卷 2072-2079页

作者：季中恒季新生黄开枝国家数字交换系统工程技术研究中心郑州450002

针对非理想信道状态信息(CSI)条件下工作于underlay模式的认知无线网络(CRN)多用户下行功率分配和波束赋形研究中普遍存在的问题,包括忽略主网络(PN)对认知用户(SU)的干扰、传统的凸优化SDR方法对约束条件的近似要求以及实现算法复杂、... 详细信息

针对非理想信道状态信息(CSI)条件下工作于underlay模式的认知无线网络(CRN)多用户下行功率分配和波束赋形研究中普遍存在的问题,包括忽略主网络(PN)对认知用户(SU)的干扰、传统的凸优化SDR方法对约束条件的近似要求以及实现算法复杂、实用性受限等,首先建立CRN模型,增添PN对SU的干扰项,而后在非理想CSI的最差条件下形成优化问题。再通过Lagrange对偶对问题的约束条件进行变换,并基于变换后的问题形式,利用上行和下行的对偶特性,引入虚拟功率,将优化问题转换为上行功率分配和波束赋形问题,进一步得到简便、快速和实用的迭代算法。数值仿真显示,算法收敛很快。并且发现非理想CSI引起的误差不仅对下行功率影响明显而且还改变优化问题的可行解区域;PN基站(PBS)的发送功率的变化对可行解区域有显著的影响。

关键词：认知无线网络非理想信道状态信息迭代算法可行解区域