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电子与信息学报 2023年第2期45卷 505-515页

作者：林钰达金梁黄开枝楼洋明孙小丽中国人民解放军战略支援部队信息工程大学郑州450002

为应对无线通信中的未知非法检测威胁,该文提出一种随机跳径隐蔽通信方案,实现了信号能量在多径上随机动态打散。首先,基于我方多径信道信息设计了隐蔽传输策略,并构建了敌方检测模型。接着,通过引入相关性纠偏因子,分别推导了所提方案... 详细信息

为应对无线通信中的未知非法检测威胁,该文提出一种随机跳径隐蔽通信方案,实现了信号能量在多径上随机动态打散。首先,基于我方多径信道信息设计了隐蔽传输策略,并构建了敌方检测模型。接着,通过引入相关性纠偏因子,分别推导了所提方案、选最强径方案和经典最大比发送方案的敌方平均接收信噪比(SNR)闭式表达式,并基于曲线拟合的方法计算了我方最小平均隐蔽概率,完成了隐蔽性能定性和定量评估。然后,推导了我方平均接收信噪比闭式解,分析了系统速率性能。仿真实验表明,所提方案不仅在未知敌方任何信息的一般情形下具有隐蔽性能优势,而且在敌方抵近我方的极端情形下可以最大程度地解决隐蔽通信失效问题。

关键词：隐蔽无线通信多径信道隐蔽概率

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基于时空不确定性的无线隐蔽通信研究

基于时空不确定性的无线隐蔽通信研究

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作者：崔志远郑州大学

学位级别：硕士

在现代化战场等许多高安全需求场景下,无线隐蔽通信能够保证合法通信双方在不被非法方检测到的情况下传输信息,从根本上解决数据与隐私安全问题,具有非常重要的研究价值。无线隐蔽通信的基本隐蔽原理是利用系统固有和人为产生的隐蔽随机... 详细信息

在现代化战场等许多高安全需求场景下,无线隐蔽通信能够保证合法通信双方在不被非法方检测到的情况下传输信息,从根本上解决数据与隐私安全问题,具有非常重要的研究价值。无线隐蔽通信的基本隐蔽原理是利用系统固有和人为产生的隐蔽随机源,使得非法方接收到的信号功率具有不确定性,从而发生检测错误,目前基于上述不确定性原理的隐蔽通信研究范畴主要包括时间和空间不确定性两个方面。时间不确定性是指合法通信的发生时间具有潜在可变化性,若非法方对通信时间不确定,必须检测所有时间窗口并提高检测门限,从而有一定概率发生检测错误。目前,时间不确定性隐蔽通信研究成果主要有跳时技术和有限块长系统等隐蔽方案。空间不确定性是指利用空域维度中天然存在或人为的随机源,使得非法方处的信号到达角、波形和能量等属性具有不确定性,从而使其无法准确判断信号来源。目前,空间不确定性隐蔽通信研究主要利用环境噪声、协作干扰信号、公开掩体以及可重构智能表面等随机源,来共同实现隐蔽通信。上述基于时空不确定性的隐蔽通信研究成果丰硕,但是仍存在以下两方面问题:1)时域隐蔽随机源挖掘不充分,无法抵御非法方时域精细化检测;2)已有基于全无源RIS的隐蔽通信方案性能提升受限,信号重构自由度有限。针对以上问题,本文通过充分挖掘时域和空域维度上系统内生随机源所带来的潜在优势,开展基于时空不确定性的无线隐蔽通信研究。本文首先面向时域,从时间不确定性的角度出发,提出一种基于符号周期随机选择的隐蔽通信方案;然后,从时间和空间不确定性两个角度出发,提出一种基于混合中继RIS和信道使用随机选择的隐蔽通信方案。具体研究内容如下:(1)提出了一种基于符号周期随机选择的隐蔽通信方案。根据非法方信号检测的最小时间窗口,将信号发送时间变化颗粒度细化到窗口中具体符号周期。发送方通过随机选择通信窗口并随机选择窗口内符号周期进行信息传输,使得非法方对通信发生时间具有不确定性,被迫检测所有时间窗口,导致接收信号功率具有不确定性。在满足隐蔽性能约束的条件下,确定能使通信效能最大的最优发送功率。仿真结果表明,相较于有限块长等方案,该方案在隐蔽概率和隐蔽速率上分别可有25%和20%的性能提升。(2)提出了一种基于混合中继RIS和信道使用随机选择的隐蔽通信方案。首先,在全无源RIS中引入有源中继单元,设计混合中继RIS结构。中继单元能针对性的调控入射信号的振幅与相位,并与反射单元共同作用,提高了信号重构的自由度。然后,发送方随机选择通信块并随机选择块内的信道使用。接着,混合中继RIS对入射信号进行重构,根据当前信道状态信息,将合法信号合理放大并按指定角度转发,增强合法接收方处的合法信号强度,减少(抵消)非法方处的能量泄露,拉大合法信道与非法检测信道差异。最后,设计基于粒子群优化的迭代搜索算法,在满足隐蔽性能约束的条件下,确定能使通信效能最大的最优发送功率、RIS的中继和反射系数矩阵。仿真结果表明,相较于全无源RIS辅助的有限块长等方案,该方案在隐蔽概率和隐蔽速率上平均有20%的性能提升。

关键词：隐蔽通信时空不确定性隐蔽概率可重构智能表面粒子群优化

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