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人工噪声辅助安全传输中的反馈比特数研究

信号处理 2016年第10期32卷 1153-1160页

作者：王啸马东堂李为熊俊国防科学技术大学电子科学与工程学院湖南长沙410073

本文主要研究了人工噪声辅助的多输入单输出(Multiple-input Single-output,MISO)物理层安全传输系统中的最小反馈比特数问题。论文对信道方向信息采用基于随机矢量量化(Random Vector Quantization,RVQ)的码本反馈方法,首先定量分析了... 详细信息

本文主要研究了人工噪声辅助的多输入单输出(Multiple-input Single-output,MISO)物理层安全传输系统中的最小反馈比特数问题。论文对信道方向信息采用基于随机矢量量化(Random Vector Quantization,RVQ)的码本反馈方法,首先定量分析了RVQ量化导致的系统保密速率损失,充分考虑不同发送信噪比条件与量化误差的特点,推导出了所需最小反馈比特数的闭合表达式。分析表明为保持恒定的遍历保密容量损失,反馈比特数应随对数信噪比及(Nt-1)线性变化(Nt为发送天线数)。理论分析和仿真结果表明,依据本文得到的闭合表达式调整反馈比特数,可以满足系统的安全性能要求。现有研究没有考虑信噪比较低的情况,而本文的结论适用于各种信噪比情况,对于人工噪声辅助的物理层安全传输策略实用化具有指导意义。

关键词：有限反馈物理层安全人工噪声多天线系统遍历保密容量信道状态信息

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安全协作网络中基于信道判断的中继选择方法

计算机工程与设计 2015年第10期36卷 2674-2678页

作者：覃彩玲肖琨广西师范大学电子工程学院广西桂林541004

针对协作通信系统中信息安全传输这一问题,在包括窃听节点的安全协作网络中,提出一种基于信道判断的中继选择方法,使用概率分布差异度量判断信道类型,在此基础上以最大化遍历保密容量为准则进行中继节点的选择。由于能够准确判断信道的... 详细信息

针对协作通信系统中信息安全传输这一问题,在包括窃听节点的安全协作网络中,提出一种基于信道判断的中继选择方法,使用概率分布差异度量判断信道类型,在此基础上以最大化遍历保密容量为准则进行中继节点的选择。由于能够准确判断信道的类型,计算得到的保密容量更符合实际情况,基于此的中继选择性能更优。仿真结果表明,在相同条件下,基于该方法的系统遍历保密容量比不做信道判断时大0.5 Mbit-2.5 Mbit,保密容量的大幅度提升对改善协作通信系统的安全性能具有重要现实意义。

关键词：协作通信中继选择遍历保密容量信道矩

Ergodic secrecy capacity of MRC/SC in single-input multiple-output wiretap systems with imperfect channel state information

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Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering 2017年第4期18卷 578-590页

作者： Hui ZHAO You-yu TAN Gao-feng PAN Yun-fei CHEN School of Electronic and Information Engineering Southwest University Chongqing 400715 China School of Information Science and Technology ShanghaiTech University Shanghai 200120 China School of Engineering University of Warwick Coventry CV4 7AL UK

在物理层中,本文研究了存在信道估计误差的最大比合并/选择合并的保密容量性能。在一个单输入多输出窃密信道中,信源向一个装备M根接收天线并采用最大比合并/选择合并技术处理多径信号的信宿发送保密信息。与此同时,一个窃密者装备N根... 详细信息

在物理层中,本文研究了存在信道估计误差的最大比合并/选择合并的保密容量性能。在一个单输入多输出窃密信道中,信源向一个装备M根接收天线并采用最大比合并/选择合并技术处理多径信号的信宿发送保密信息。与此同时,一个窃密者装备N根接收天线并采用最大比合并/选择合并技术来提高窃密的成功率。我们分别推导了两种情况下遍历保密容量的精确和近似闭式表达式:(1)最大比合并带有信道估计误差;(2)选择合并带有信道延迟。此外,本文得到了高信噪比斜率和高信噪比功率补偿两个重要的参数,它们在高信噪比条件下决定了遍历保密容量。最后,本文通过仿真分析验证了所得到的闭式表达式的准确性。

关键词：遍历保密容量最大比合并加权误差物理层保密选择合并单输入多输出

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物理层安全传输中的信道信息反馈技术

物理层安全传输中的信道信息反馈技术

作者：王啸国防科学技术大学

学位级别：硕士

无线物理层安全传输技术利用物理层特性来设计有效的安全传输策略,为解决通信安全问题提供了一种新的思路,具有广阔的应用前景与研究价值。人工噪声辅助策略是物理层安全传输中的重要方法,这种策略不需要窃听信道的先验信息,因而受到了... 详细信息

无线物理层安全传输技术利用物理层特性来设计有效的安全传输策略,为解决通信安全问题提供了一种新的思路,具有广阔的应用前景与研究价值。人工噪声辅助策略是物理层安全传输中的重要方法,这种策略不需要窃听信道的先验信息,因而受到了广泛关注。人工噪声辅助策略实现的性能好坏依赖于发送端获取合法信道的信道状态信息(Channel State Information,CSI)精确度,发送端获取CSI的一种实用方法是有限反馈技术。简单高效的CSI反馈策略是物理层安全传输技术实用化的关键。本文针对人工噪声辅助策略中的CSI反馈技术展开研究,旨在分析有限反馈对人工噪声策略安全性能的影响、设计一套有效的有限反馈协议、搭建一个基于有限反馈和人工噪声辅助的实用化物理层安全传输系统。首先,论文总结了CSI反馈技术的研究现状,阐述了有限反馈的基本原理,分析了非理想信道反馈对人工噪声辅助策略安全性能的影响。其次,论文研究了基于随机矢量量化(Random Vector Quantization,RVQ)码本反馈下的反馈比特数问题。利用RVQ码本量化误差的统计特性,推导出基于RVQ码本反馈下多输入单输出(Multiple-Input-Single-Output,MISO)系统采用人工噪声策略时的遍历保密容量损失上限,依据此上限求得满足一定遍历保密容量损失的最小反馈比特数,提出了一种反馈比特数调整策略。仿真验证了所提出的反馈比特数调整策略的正确性。为保持恒定的遍历保密容量损失,反馈比特数应随对数信噪比及(N-1)线性变化(N为发送天线数)。现有研究没有考虑低信噪比的情况,而本文提出的方法适用于各种信噪比情况,是对现有研究的修正和完善。再次,论文研究了非理想信道估计与码本反馈对人工噪声策略安全性的影响。在信道估计误差与码本量化误差的联合作用下,推导出了系统遍历保密容量下限的闭合表达式,并进行了仿真验证。进一步,基于推导的遍历保密容量下限,求得信号与人工噪声最优功率分配因子的一个次优解。仿真表明,当按照本文推导的次优解进行功率分配时,系统能达到较好的安全性能。在码本反馈下,随着信噪比的增大,最优功率分配因子呈先下降再上升的趋势;并且反馈比特数越大,最优功率分配因子越接近理想反馈下的情况。最后,根据系统性能指标要求,设计了一套基于有限反馈和人工噪声辅助安全传输系统。在充分理解有限反馈协议对系统安全性能影响的基础上,合理设计了码本、反馈比特数、导频序列长度等。基于有限反馈协议下突发通信模式的特点,本文合理设计了同步算法,并搭建了仿真平台。仿真表明,本文设计的基于有限反馈和人工噪声辅助传输算法可以严重恶化窃听者的接收性能,同时保证合法接收者有较好的接收性能,可以提供一定的安全性。

关键词：无线物理层安全有限反馈人工噪声 RVQ码本 MISO 遍历保密容量