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通信学报 2012年第10期33卷 86-90,100页

作者：钟州金梁黄开枝国家数字交换系统工程技术研究中心河南郑州450002

针对多载波传输系统中,基于载波资源分配算法在窃听者信道质量优于合法用户的条件下无法实现安全传输的问题,建立了OFDM系统安全传输模型并在物理层提出了一种随机子载波加权的加密算法。该算法将合法通信双方的信道状态信息作为区分不... 详细信息

针对多载波传输系统中,基于载波资源分配算法在窃听者信道质量优于合法用户的条件下无法实现安全传输的问题,建立了OFDM系统安全传输模型并在物理层提出了一种随机子载波加权的加密算法。该算法将合法通信双方的信道状态信息作为区分不同用户的唯一特征,并以此在发端为每个子载波数据设置随机加权因子扰乱窃听用户接收的信号,而合法用户能够通过发送参考解调算法恢复数据,仿真结果表明,发端采用该算法进行加密后,合法用户的误比特率随信噪比的增加迅速下降,而窃听用户误比特率始终为50%,系统具有一定的保密传输速率,有效实现了信息的安全传输。

关键词：正交频分复用物理层安全低截获概率保密传输速率

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基于博弈论的物理层安全传输技术研究

基于博弈论的物理层安全传输技术研究

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作者：肖宛阳解放军信息工程大学

学位级别：硕士

物理层安全是利用无线信道的差异性和互易性,实现信息安全传输的技术手段。传统物理层安全主要研究相对稳定场景下的单一主体最优化策略,当场景改变或者具有多个研究主体时,传统的物理层安全方法将失效,使用博弈论方法可以解决此问题。... 详细信息

物理层安全是利用无线信道的差异性和互易性,实现信息安全传输的技术手段。传统物理层安全主要研究相对稳定场景下的单一主体最优化策略,当场景改变或者具有多个研究主体时,传统的物理层安全方法将失效,使用博弈论方法可以解决此问题。目前物理层安全研究存在如下三个问题：(1)基于博弈论的物理层安全研究缺乏统一的建模。(2)存在干扰者时,现有中继干扰方案无法保证安全传输。(3)存在多个单天线用户的网络,因用户缺少天线冗余度无法保证物理层安全通信。针对以上问题,本文依托国家自然科学基金项目“无线通信信道特征等效下的物理层安全性研究”,对基于博弈论的物理层安全传输技术展开深入研究。首先,本文给出了物理层安全的博弈理论模型;然后,针对存在干扰者时,现有中继干扰方案无法保证安全传输的问题,提出了基于零和博弈的中继物理层安全方法;针对存在多个单天线用户的网络缺少天线冗余,无法保证通信安全的问题,提出基于合作博弈增加天线冗余的物理层安全方法。主要工作包括： 1、构建基于博弈论的物理层安全模型把物理层安全研究中出现的理性假设和多目标策略优化的现状同博弈理论相结合,提出物理层安全对博弈论的需求;对物理层安全研究中的对象以及方法进行归纳,把策略对系统性能的影响纳入到物理层安全的研究中,构造策略向系统性能映射的函数,建立基于博弈论的物理层安全模型。 2、提出一种基于零和博弈的中继物理层安全方法通过对博弈均衡条件的求解,在恶劣的干扰窃听环境下得到非零的保密速率,从而保证保密通信。通过把中继和干扰者对抗的建模为零和博弈,以系统的保密速率作为收益,提取出两者的策略;分别在策略博弈和扩展式博弈的场景中,详细分析了两者博弈可能产生的所有局势,并利用博弈中的最大最小方法和逆向回溯法分别讨论并给出了两种博弈场景的均衡条件及结果。通过仿真,验证了均衡的存在以及达到均衡的最优策略选择。 3、提出基于合作博弈增加天线冗余度的物理层安全方法通过用户的分布式合作形成虚拟多天线,利用天线冗余发送人工噪声抵抗窃听者的窃听行为。由于无法集总式的处理和控制,且每一个用户均有其自己的得失,需要使用合作博弈的联盟形成理论产生合作组保障物理层安全。讨论发送端未知窃听信道信息和已知窃听信道信息两种情况,分别以功率限制和功率——保密速率限制为条件设置合作博弈的特征函数,最终收敛形成利于信号保密传输的合作组划分;合作组划分完成后,以合作组为单位构造含人工噪声的发送信号,保证信号传输的安全。仿真结果显示,当未知和己知窃听信道状态信息时,用户平均保密速率比不形成合作组分别约提高0.6bps/Hz和1.3bps/Hz。当窃听者能够干扰时,利用已知窃听信道时的合作组划分,利用前文提出策略博弈的方法,把合作组和窃听者建模为双人零和博弈,在策略场景下进行求解。且仿真验证了干扰者存在时的均衡解。

关键词：无线通信物理层安全保密容量保密传输速率博弈论纳什均衡

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能量采集无线通信系统中短包传输分析与优化

能量采集无线通信系统中短包传输分析与优化

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作者：王清文扬州大学

学位级别：硕士

第六代移动通信将构建“空天海地”一体化网络,实现超大规模通信连接,其面临着频谱资源紧缺、机器类设备充电以及如何实现高可靠传输等三大难题。非正交多址接入技术(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)和基于射频信号的能量采集技... 详细信息

第六代移动通信将构建“空天海地”一体化网络,实现超大规模通信连接,其面临着频谱资源紧缺、机器类设备充电以及如何实现高可靠传输等三大难题。非正交多址接入技术(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)和基于射频信号的能量采集技术可有效解决上述难题。同时,随着移动互联网和物联网应用的飞速发展,有限块长短包数据成为主要的数据类型。因此,针对NOMA技术和基于射频信号的能量采集技术,本文重点研究短包传输的理论性能和安全传输优化问题。首先,我们研究了基于能量采集的NOMA短包传输网络。采用无线信息传输与能量转移技术,考虑硬件损伤,我们获得了短包传输的平均误块率(Block Error Rate,BLER)和吞吐量的准确表达式。进一步,我们分析了能量转换效率、数据比特数以及功率分配系数对性能的影响。最后,Monte-Carlo仿真结果与数值分析结果匹配,证实了理论分析的正确性。本章研究成果为短包数据在基于能量采集的NOMA网络中的传输提供了指导意义。其次,我们分析了采用非线性能量采集模型时,长包数据和短包数据在全双工两跳中继系统的传输性能。我们分别推导出该系统在传输短包数据时的平均BLER,以及传输长包数据时的中断概率和吞吐量准确表达式。最后,仿真验证了理论结果的正确性,并分析了相关参数对性能的影响。本章研究成果为非线性能量采集技术在全双工中继系统中的应用提供了重要的参考。最后,我们研究了基于能量采集智能反射面(Intelligent Reflecting Surface,IRS)辅助的通信系统。我们讨论了两种不同的系统模型,并针对不同的系统模型设计了两种不同的短包安全传输方案。其中:在IRS辅助的中继通信系统中,通过信道增益选出最优IRS,并在保证用户接收信噪比大于一定门限前提下,以最大化保密速率下界为目标,优化导频信号的功率分配系数;在IRS辅助的NOMA通信系统中,在保证窃听者采集一定能量的前提下,借助信源节点与用户之间的信道增益选择最优IRS,基于所选最优IRS,以最大化用户处保密速率下界为目标,优化功率分配系数。本章所提方案可优化无线通信网络能效,实现系统信息有效、安全传输。

关键词：能量采集智能反射面非正交多址接入短包通信中断概率保密传输速率

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基于博弈论的物理层安全建模及现状分析

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信息工程大学学报 2013年第4期14卷 402-409页

作者：肖宛阳黄开枝罗兴国洪颖国家数字交换系统工程技术研究中心河南郑州450002

物理层安全主要研究相对稳定场景下的单一主体最优化策略,当场景改变或者具有多个研究主体时,传统的物理层安全方法将完全失效,使用博弈论方法可以解决此问题。首先分析了传统物理层安全方法在解决多主体最优化策略求解中存在的问题,给... 详细信息

物理层安全主要研究相对稳定场景下的单一主体最优化策略,当场景改变或者具有多个研究主体时,传统的物理层安全方法将完全失效,使用博弈论方法可以解决此问题。首先分析了传统物理层安全方法在解决多主体最优化策略求解中存在的问题,给出了基于博弈论的物理层安全模型;然后对现有的研究内容进行了分类分析和总结,给出了其建模及分析方法的局限性,并预测分析了未来研究的可能方向及前景。

关键词：博弈论物理层安全保密容量保密传输速率均衡

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