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通信学报 2020年第7期41卷 49-58页

作者：林钰达金梁周游楼洋明信息工程大学河南郑州450002 国家数字交换系统工程技术研究中心河南郑州450002

为了在噪声不确定时实现瑞利衰落环境下的隐蔽无线通信,采用基于复高斯随机编码和波束成形的下行隐蔽无线通信方案,重点分析了隐蔽无线通信性能。首先,利用假设检验理论分析基于该方案通信的隐蔽概率;然后,给出并证明非法检测方的最优... 详细信息

为了在噪声不确定时实现瑞利衰落环境下的隐蔽无线通信,采用基于复高斯随机编码和波束成形的下行隐蔽无线通信方案,重点分析了隐蔽无线通信性能。首先,利用假设检验理论分析基于该方案通信的隐蔽概率;然后,给出并证明非法检测方的最优检测门限,并进一步得到系统的平均隐蔽概率、连接中断概率和隐蔽吞吐量闭式表达式;最后,通过联合设计发射功率和目标隐蔽速率,实现系统最大隐蔽吞吐量的优化目标,并给出了基于分步搜索的相应求解算法。仿真结果表明,波束成形技术能够为隐蔽无线通信带来一定增益;与考虑合法接收方不受噪声不确定影响的理想情形相比,考虑合法接收方非理想情形时的隐蔽吞吐量有明显下降,几乎不受环境基本噪声水平的影响。

关键词：隐蔽无线通信噪声不确定波束成形隐蔽吞吐量

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人工噪声辅助下的多天线隐蔽通信技术分析

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计算机科学与探索 2022年第3期16卷 574-581页

作者：郭辉乔婷河南理工大学物理与电子信息学院河南焦作454000

考虑一个多天线的隐蔽通信系统,该系统由一个多天线的发射机、一个双天线的合法用户和一个单天线且具有功率检测功能的窃听用户组成。首先,提出了两种分别基于最大比值传输(MRT)和发射天线选择(TAS)的隐蔽通信方案,为了帮助实现发射机... 详细信息

考虑一个多天线的隐蔽通信系统,该系统由一个多天线的发射机、一个双天线的合法用户和一个单天线且具有功率检测功能的窃听用户组成。首先,提出了两种分别基于最大比值传输(MRT)和发射天线选择(TAS)的隐蔽通信方案,为了帮助实现发射机和合法用户间的隐蔽通信,工作在全双工模式下的合法用户还会通过发射人工噪声(AN)来干扰窃听者的检测。其次,基于对系统的理论分析,分别推导了两种方案下窃听者的检测错误概率、系统的连接概率和隐蔽吞吐量。另外,在窃听者的检测性能最佳的假设下,分别得到了两种方案下窃听者的最小检测错误概率和最优检测门限值。除此之外,还提出了一种优化系统隐蔽性能的方案,该方案通过优化人工噪声发送功率和信息传输速率的值,可以得到满足隐蔽条件下系统的最大隐蔽吞吐量。最后通过仿真证明,所提系统可实现隐蔽通信,且当系统采用发射天线选择方案时,系统隐蔽性能更佳。

关键词：隐蔽通信人工噪声(AN) 检测错误概率最优检测门限值隐蔽吞吐量

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下行通信链路中的隐蔽通信技术研究

下行通信链路中的隐蔽通信技术研究

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作者：乔婷河南理工大学

学位级别：硕士

随着第五代移动通信技术(5th generation mobile networks,5G)和物联网(Internet of things,Io T)的实现,人们越来越依赖无线设备来传输安全和隐私信息,因此无线通信的安全性和保密性也受到人们的广泛关注。隐蔽通信,即对窃听者隐瞒了... 详细信息

随着第五代移动通信技术(5th generation mobile networks,5G)和物联网(Internet of things,Io T)的实现,人们越来越依赖无线设备来传输安全和隐私信息,因此无线通信的安全性和保密性也受到人们的广泛关注。隐蔽通信,即对窃听者隐瞒了通信传输存在性的通信,又名低检测概率(low probability of detection,LPD)通信,它作为一种新的传输技术出现,用以解决无线网络中的安全和隐私问题。因其不仅保护通信的内容,而且可以隐藏无线传输的存在性,故隐蔽通信可以实现更加强大的安全性和保密性。本文主要针对下行通信链路中的隐蔽通信技术展开了研究,首先介绍了隐蔽通信的三节点基本模型,然后给出了隐蔽系统的性能指标,并对监测者的检测方法进行了说明,最后讨论了两种不同通信场景下所提系统模型的隐蔽性能,具体内容如下:(1)为了突破平方根法则下隐蔽通信容量渐近为零的理论限制,实现正的隐蔽通信速率,研究了人工噪声辅助下的多天线隐蔽通信技术。为了混淆监测端的检测,工作在全双工模式下的接收端会在接收信息的同时,向外发送一人工噪声干扰信号。首先针对多天线的发送端,提出了两种分别基于发射天线选择(transmitting antenna selection,TAS)和最大比值传输(maximum ratio transmitting,MRT)的隐蔽传输方案。其次通过对该系统进行理论分析,分别得到了两种方案下监测端的检测错误概率。为了不失一般性,假设监测端的检测性能最优,并给出了可使其检测错误概率最小的检测门限值,即最优门限值。最后计算了此系统的连接概率和隐蔽吞吐量,并在满足系统隐蔽条件的前提下,通过联合优化信息传输速率和人工噪声功率,该隐蔽通信系统的吞吐量可取到其最大值,且相较于MRT,发送端采用TAS传输隐蔽信息时,系统隐蔽性能更好。(2)针对合法接收端间的信息隐蔽问题,提出了一个两用户的下行隐蔽通信模型,并对该系统的隐蔽性能进行了详细的分析。所提模型是由一个基站和两个合法用户(Bob和Carol)组成的,基站在给两用户发送一共享消息的同时,会在某一时隙单独给Bob发送一秘密消息,且不希望被Carol检测到。首先考虑Carol的最优检测性能,提出了两种基于TAS的传输方案,分别记作TAS-I和TAS-II,并给出了两种方案下Carol的最小检测错误概率及最优检测门限值。然后在满足系统隐蔽性约束的前提下,又计算了系统的隐蔽吞吐量,且通过所提优化方案可最大化系统的隐蔽吞吐量。最后通过数值仿真证明所提系统确可实现隐蔽通信,且方案TAS-I下的系统性能要明显优于方案TAS-II下的系统性能。图19幅,参考文献91篇。

关键词：隐蔽通信人工噪声检测错误概率隐蔽吞吐量最优检测门限值

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基于非正交多址接入的隐蔽通信技术研究

基于非正交多址接入的隐蔽通信技术研究

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作者：贺文静河南理工大学

学位级别：硕士

随着第五代(the Fifth Generation,5G)移动信息时代的到来,人类对无线网络的依赖迅速增长。前所未有的大量机密和敏感信息,如身份证和信用卡详细信息等,正在通过无线媒体传递。由于电磁传播的广播性质,无线传输特别容易受到窃听和监视... 详细信息

随着第五代(the Fifth Generation,5G)移动信息时代的到来,人类对无线网络的依赖迅速增长。前所未有的大量机密和敏感信息,如身份证和信用卡详细信息等,正在通过无线媒体传递。由于电磁传播的广播性质,无线传输特别容易受到窃听和监视等安全攻击,因此安全性和隐私性对无线网络越来越重要。为了克服上述困难,为无线通信系统的安全和隐私提供更直接、更有力的保障,隐蔽通信作为无线安全的一种新范式出现,近年来引起了众多学者的研究兴趣。与传统的加密技术和物理层安全技术要保护传输内容不同,隐蔽通信更注重的是对传输过程的保护,即在两个用户之间实现无线传输,同时保证监视者检测到该传输的概率可以忽略不计。与此同时,非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)作为一种能够支持大规模连接、较高的频谱效率和能源效率的技术,不仅满足了5G在频谱效率和连接数量方面的需求,还满足了低延迟、高可靠性、高公平性和高吞吐量的异构需求。为了同时获得上述两种技术的优势,本文就隐蔽通信与NOMA技术相结合的系统模型构建和性能分析展开理论研究。本文首先介绍了隐蔽通信、NOMA技术和多天线技术的研究现状,然后对所涉及到的一些理论基础、隐蔽通信的三种传输网络和性能评价指标进行简单说明,最后提出了两种不同场景下的隐蔽通信系统模型,并对其隐蔽性能进行研究。主要的研究内容如下:(1)考虑实际通信场景,研究了多天线干扰机辅助下的基于NOMA的隐蔽通信系统的隐蔽性和可靠性性能,其中在多天线干扰机处采用了最优天线选择方案,而该系统中的合法用户和监视者都只具备单根天线。通过对系统进行理论分析,得到了监视者的检测错误概率和最小化检测错误概率的最优检测阈值的解析表达式。此外,计算了该系统的中断概率(Outage Probability,OP)。最后,为了进一步提高系统的隐蔽性能,在满足系统隐蔽性需求和可靠性需求的前提下,通过优化发射功率和功率分配因子得到最大化隐蔽吞吐量。(2)由于估计错误和反馈延迟,导致实际通信中的信道状态信息并不完全,因此设计了一个具有信道不确定性的下行NOMA隐蔽通信系统。系统建模时考虑到信道估计误差的存在,并利用线性最小均方误差的算法进行估计。另外,针对多天线的发射端,提出了一种次优的天线选择方案以应对最优天线不可用或已被安排的情况。为了分析系统性能,首先推导了监视者的检测错误概率和最优检测阈值。其次,计算了NOMA用户对的OP的精确表达式并分析其在高信噪比下的渐近行为。最后,为了进一步探索系统的隐蔽性能,在满足中断约束和隐蔽约束的前提下,求得了系统的隐蔽吞吐量,且通过所提出的优化策略使隐蔽吞吐量最大化。图22幅,参考文献90篇。

关键词：隐蔽通信非正交多址接入隐蔽吞吐量最优检测阈值最小检测错误概率

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无人机辅助场景下基于波束成形的无线隐蔽通信性能分析

无人机辅助场景下基于波束成形的无线隐蔽通信性能分析

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作者：胡静雯南京信息工程大学

学位级别：硕士

随着无线通信网络的飞速发展,人们生活变得便利的同时由于无线通信传输的广播特性伴随而来的信息传输过程面临着恶意截获甚至信息窃取的风险。无线隐蔽通信自提出后由于其具有高隐蔽性和可靠性已受到学界和产业界的广泛关注。当下无线... 详细信息

随着无线通信网络的飞速发展,人们生活变得便利的同时由于无线通信传输的广播特性伴随而来的信息传输过程面临着恶意截获甚至信息窃取的风险。无线隐蔽通信自提出后由于其具有高隐蔽性和可靠性已受到学界和产业界的广泛关注。当下无线隐蔽通信主要关注于固定辅助节点研究,从而无法应对复杂环境的挑战。因此,本文结合无人机可移动、灵活部署的特点,将其作为移动辅助角色加入无线隐蔽通信场景中展开分析并搭建了仿真实验环境。本文从无人机充当干扰和中继两种辅助角色对无线隐蔽通信系统进行研究。在移动干扰场景下,本文提出了基于波束成形的无人机干扰辅助无线隐蔽通信模型,该模型通过分析检测方检测错误概率获取最优检测门限。同时,该模型引入波束成形技术分析该模型的隐蔽性和可靠性,并在固定发射功率下设计了一种针对隐蔽吞吐量的优化算法。在中继辅助场景下,本文提出了基于波束成形的无人机中继辅助无线隐蔽通信模型,该模型利用无人机将接收到经过衰落的Alice信号以固定的放大倍数转发,使接收方在复杂地理环境中依然可靠接收并正确解码。该模型通过分析检测方检测错误概率获取最优检测门限,结合波束成形技术分析无线隐蔽通信的隐蔽性与可靠性,进而在固定目标隐蔽速率下设计了针对隐蔽吞吐量的优化算法。仿真结果表明,本文提出的无人机移动辅助无线隐蔽通信模型具有更好的通信性能。综上所述,本文研究成果丰富了移动辅助隐蔽通信理论研究,为无人机辅助场景下的隐蔽通信提供理论指导和技术支持。

关键词：无线隐蔽通信无人机辅助波束成形隐蔽吞吐量

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不确定噪声下变换域通信系统隐蔽传输性能分析

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延安大学学报（自然科学版） 2023年第3期42卷 98-104,109页

作者：房亮李思思武善花张浩杰延安大学物理与电子信息学院陕西延安716000 空军工程大学信息与导航学院陕西西安710077

针对不确定噪声下变换域通信系统(Transform Domain Communication System,TDCS)的隐蔽传输性能展开研究,分析了当不确定噪声功率服从均匀分布和对数均匀分布时,TDCS在给定隐蔽约束条件下所能达到的最大隐蔽吞吐量。首先,对两种不确定... 详细信息

针对不确定噪声下变换域通信系统(Transform Domain Communication System,TDCS)的隐蔽传输性能展开研究,分析了当不确定噪声功率服从均匀分布和对数均匀分布时,TDCS在给定隐蔽约束条件下所能达到的最大隐蔽吞吐量。首先,对两种不确定噪声下敌对方的最优检测门限进行了推导;其次,推导了在这两种噪声下,以平均隐蔽概率和隐蔽中断概率为约束时,TDCS发射功率所对应的最大值和最小值,并分析了发射功率最大值随注入能量子载波数目的渐近收敛性;最后,基于两个约束条件对发射功率的限制,得到TDCS所能达到的最大隐蔽吞吐量。仿真结果验证了发射功率最大值的渐近收敛性,以及最大隐蔽吞吐量与距离比值、噪声不确定程度之间的关系。

关键词：变换域通信系统隐蔽通信平均隐蔽概率隐蔽中断概率隐蔽吞吐量

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