一种调制符号相位随机扰动的物理层安全方法

从信号调制的角度提出了一种调制符号相位随机扰动的物理层安全方法.该方法通过合法信道增益与随机扰动幅度的乘积,控制对调制符号的相位扰动范围,使得合法接收者在相位扰动下仍具有稳定的抗噪声性能,而窃听者由于窃听信道状态信息不同于合法信道,相位扰动更加剧烈,解调错误概率高于合法接收者.仿真结果表明：当窃听者未知合法信道状态信息时,文章方法相比直接传输的方法,安全间隙缩小了30.5dB;当窃听者能够获得合法信道相位信息时,文章方法仍能形成对窃听者接收性能的恶化,安全间隙缩小了11dB.     

空间调制系统中的人工噪声抗窃听安全传输方案

提出一种空间调制系统中利用人工噪声的物理层安全方案。通过发送天线序号和幅相调制符号来传输信息,而未发射幅相调制符号的天线发送位于合法信道零空间上的人工噪声,不影响合法接收者的信号检测,但干扰窃听者的信号检测过程。对系统保密速率、合法接收者和窃听者的误比特率上界进行理论分析,并进行仿真验证。理论和仿真结果表明合法接收者的误特率明显低于窃听者,误比特率在0.5附近,能获得可观的系统保密传输速率。     

广义空间调制系统中的物理层抗窃听传输方案

为实现信息的保密传输,提出一种基于广义空间调制技术的物理层安全方案.发射端根据合法信道的状态信息对信号进行预处理,使合法接收者接收到来自各激活发射天线的信号相位对齐,并对不同激活天线组合的信号进行不同的相位旋转,提高合法接收者的接收性能.而窃听者接收到的信号相位仍然为随机分布,接收性能远低于合法接收者,有效地保护通过天线索引传输的信息.发送端同时发送指向窃听者的人工噪声,保护通过幅相调制携带的信息不被窃听.对保密容量、误码性能和信号与人工噪声的功率分配进行理论分析,仿真结果表明,通过合理分配功率,合法接收者的误码性能明显优于窃听者,能获得可观的系统保密容量.     

基于广义空移键控调制的物理层安全方案

提出一种基于广义空移键控调制的多输入单输出系统中的物理层安全传输方案。发射端利用合法接收者反馈的信道信息对发送信号进行预处理,使合法接收者接收的来自各发射天线信号的相位对齐;同时进行相位旋转来增加星座点间的距离,从而提高合法接收者的接收性能,降低误码率。而窃听者接收到的各信号的相位仍然为随机分布,接收性能明显低于合法接收者。对合法接收者和窃听者的误比特率和保密容量进行了理论和仿真分析。理论和仿真结果表明,所提方案能明显降低合法接收者的误比特率,即使在合法信道性能比窃听信道性能要差的情况下,系统仍然能实现保密传输。     

基于RIS-UAV协作的车载通信系统安全传输研究

针对城市复杂的交通环境导致车载通网络信息传输安全性低、数据速率缓慢以及地面中继受限等问题,提出一种可重构智能表面(RIS)辅助无人机(UAV)中继协作的车载通信系统安全传输方案。该方案首先根据系统平均传输速率最大化来设计无人机轨迹优化问题。接着,通过引入松弛变量的序列凸规划交替迭代算法解决无人机轨迹的非凸问题,得到平均速率最大化的UAV飞行轨迹。最后,通过适当调整RIS与窃听用户之间的位置来降低窃听信道容量,改善无线传输环境。数值分析表明,优化无人机轨迹,可以得到最优平均传输速率。在RIS技术辅助下通过合理设置参数,该传输方案能有效提高通信系统的传输速率,同时也能保证安全性能。     

基于智能反射表面辅助和信息年龄度量的安全状态更新

为满足万物互联和物理层安全的要求,针对存在多个窃听者和多个合法用户的状态更新系统的通信安全问题,提出了一种利用智能反射表面（IRS）辅助的安全波束成形设计方法实现主动防御。同时,考虑了状态更新场景下对于信息新鲜度的要求,引入平均保密年龄和保密年龄中断概率的信息年龄（AoI）性能指标,在发射功率、状态更新概率和IRS反射相移的约束下,联合优化基站发射波束成形矩阵、IRS相移和状态更新概率,从而保证状态更新的同时最大化系统安全性。针对系统的动态性和复杂性以及非凸优化问题的挑战性,提出了一种基于深度双Q网络（DDQN）算法的安全波束成形方法,以实现动态环境下针对窃听者的最优波束成形策略。仿真结果表明,本文提出的基于DDQN的安全波束成形方法可以显著提高IRS辅助状态更新系统的安全性。     

一种基于零陷导向随机跳空的物理层安全方法

使用跳空可以解决基于人工噪声的物理层安全方法信号空间分布恒定、易被窃听的问题,但是跳空图案泄露会导致系统安全性能失效。针对这一问题,提出一种基于零陷导向随机跳空的物理层安全方法。合法用户通过随机切换接收天线实现跳空,同时发送方通过波束成形对下一周期激活天线形成零陷,从而与合法用户实时约定跳空图案。由于主信道和窃听信道的差异性,窃听用户无法获取跳空图案。仿真结果表明,由于未知天线跳变规律,窃听者即使采用MUSIC-like方法进行窃听,仍无法实现干扰抑制,在BPSK调制方式下,其误码率接近0.5。     

基于协作功率被动调整的 MIMO 系统安全容量算法

在由一个发射者、一个合法接收者、一个窃听者以及一个协作者组成的高斯MIMO系统窃听信道,发射者发射保密消息给合法接收者,同时协作者发射独立于保密消息信号的协作干扰信号,以此来干扰非法接收者对保密消息的接收。利用正定矩阵的性质获得了基于功率被动调整的协作干扰信号协方差矩阵的次优解,随后通过将高斯干扰信号看作高斯背景噪声,更新了发射者的发射协方差矩阵。仿真结果表明,该算法能够进一步提高MIMO系统的安全容量。     

退化高斯窃听信道下极化码加密编码算法研究

针对退化高斯窃听信道下的物理层安全问题,本文提出了一种基于极化码的物理层加密安全编码算法。该算法将信道分解为安全信道集合及非安全信道集合,并利用安全信道发送的信息对非安全信道发送的信息加密后再进行编码,从而实现数据信息传输的可靠性和安全性。理论分析及仿真试验结果表明:在退化高斯窃听信道下,所提出的加密编码算法能保证合法用户间的可靠通信、防止窃听者破译数据信息,提高了通信系统的可靠性和安全性。此外,该算法利用安全信道和非安全信道发送数据信息,有效地节省信道资源,提高信道利用率。     

基于GNU Radio和USRP的切换天线方向调制物理层安全系统

提出了一种切换天线方向调制物理层安全传输系统,利用天线的切换选择扰乱非期望方向的窃听者进行信息窃密,实现了视距空间的保密通信。基于GNU Radio和USRP软件无线电平台,结合高速射频开关、FPGA控制板、网络收发模块以及阵列天线搭建了实验验证系统。通过测试窃听者位于不同方位角的视频传输质量和信号星座样式验证了该方法的可行性,结果表明与传统阵列天线相比,切换天线方向调制技术能提供更安全的视距通信。     

采用PSK调制的安全传输中人工噪声的优化利用

在采用波束赋形和人工噪声的物理层安全传输系统中,利用人工噪声提高合法接收端的性能.发送端根据发送符号和信道系数判断人工噪声的分量是否对合法接收端的信号检测有益,并由此将人工噪声分为有益噪声和普通噪声,分别进行不同的波束赋形处理.在不改变人工噪声干扰窃听端接收的前提下,利用人工噪声提高合法接收端的接收性能.对采用相移键控(PSK)调制时的误码性能和保密容量进行理论分析和仿真,结果显示,与传统的人工噪声方案相比,所提出的人工噪声方案可提高合法接收端的性能,改善保密容量.     

智能反射面辅助的短包通信系统：时延与安全性能分析

智能反射面(Reconfigurable Intelligent Surface,RIS)以其灵活性、低成本和高效率的特性,被认为是第6代移动通信系统的关键技术之一。为了提高短包通信的性能,提出了一种RIS辅助的短包通信系统。在有限长编码定理的指导下,基于排队论及有效容量理论分析了RIS辅助的短包通信系统统计时延违反概率并得到了闭合表达式;基于物理层安全理论,分析了RIS辅助的短包通信系统遍历保密传输速率并得到了闭合表达式,进一步得到了高信噪比条件下系统遍历保密传输速率闭合表达式。通过蒙特卡罗仿真验证了理论分析结果的有效性,通过增加智能反射单元数量、将RIS部署在靠近发送端或接收端的位置,可有效降低短包通信系统统计时延违反概率、提升遍历保密传输速率。     

瑞利衰落信道下的自适应编码调制技术

自适应编码调制技术(adaptive coded modulation,ACM)是一种适用于卫星等无线信道的传输技术,它建立在信道估计的基础之上,通过反向信道将信道状态信息(channel state information,CSI)传送给发送端,使其根据不同的信噪比自适应地改变编码方式和调制方式,从而在不降低误码率(bit error rate,BRE)的条件下,提高信道的频谱利用率(spectral efficiency,SE);介绍了自适应编码调制技术的基本理论;给出了信道估计的方法;分析了其SE性能,仿真了一个基于格码调制(trellis coded modulation,TCM)的ACM系统。     

TAS/SEC系统在N-Nakagami信道下的性能分析

为了降低移动设备的硬件复杂度,提出了一种基于发射天线选择和切换检测合并的传输机制。利用信噪比的概率密度函数,分别生成了相移键控调制、正交幅度调制、脉冲幅度调制的矩生成函数,将其进行积分,得到了平均符号误码率的精确表达式。将信噪比的概率密度函数进行积分,得到了中断概率的闭合表达式。仿真结果表明,系统的性能可以通过增加发射/接收天线数和衰弱系数、减小衰弱因子来改善。     

双差分协作传输的误码率性能分析和最佳功率分配

为了克服协作传输中的载波频率偏移,提出了一种采用正交幅度调制(QAM)的双差分协作传输(DDCT)方案.推导了误符号率(SER)的闭]合表达式、SER的上界以及高信噪比(SNR)下的渐进近似.基于SER的渐进近似,推导了最佳功率分配(OPA)在高SNR下的近似解.仿真结果显示,该OPA的近似解在实际中等的SNR环境中仍...     

基于离散小波变换的O-OFDM-DIM

光正交频分复用索引调制技术具有良好的误码性能,但其传输速率不够理想。因此,利用离散小波变换并结合差分脉冲位置调制的思想,提出了一种基于离散小波变换的光正交频分复用差分索引调制(O-OFDM-DIM)。通过小波变换和移除每个子载波块末端的静默子载波实现传输速率的大幅提升;利用小波变换的正交性和子载波分配算法有效抵御大气湍流效应。详细介绍了所提方案的映射原理,推导了其理论误比特率,并与现有的非对称限幅光正交频分复用索引调制(ACO-OFDM-IM)方案进行了对比。结果表明,在大信噪比时,所提方案能获得比ACO-OFDM-IM更高的传输速率和更好的误码性能,而且前者的传输速率提高了近3倍。在误比特率为1×10^-4的强湍流条件下,其信噪比改善了约2dB。     

Efficient QOTDM transmission method for the satellite channel

An efficient Quasi-orthogonal time division multiplexing (QOTDM) transmission is proposed for the satellite mobile channels. High order modulation is used in this method to resist the nonlinear mobile satellite channel. The spectral gap of sample points is eliminated by multiple rate conversion at the transmitter in order to improve the spectral efficiency. At the receiver, cyclic is constructed by channel information and local PN sequence, and a frequency domain equalization algorithm based on the block is presented. Theoretical analysis shows that this frequency domain equalization method can use the energy of the multipath to suppress the noise and the interference between the forward and backward sample points can be eliminated in the meantime. Compared with the traditional frequency domain equalization based on the cyclic prefix, the spectral utilization and data transmission efficiency are improved. It is shown by the Monte Carlo simulation that the signal-to-noise ratio of 5dB or so for the SER of 10^-3 can be achieved by the scheme proposed compared with the OFDM in the time-varying Rician channels.     

基于强化学习的无人机安全通信轨迹在线优化策略

物理层安全是无线通信实现安全通信的一种有效手段, 无人机基站在存在地面窃听者的情况下向地面合法用户传输机密信息时, 已有研究一般采用离线方法对无人机基站的飞行轨迹进行优化, 得到的轨迹是固定的, 保密传输缺乏应对通信环境变化的能力。针对该问题, 本文研究无人机飞行轨迹的在线优化策略, 使机密信息被安全传输的同时实现通信平均保密率最大化。文中采用了更符合实际的视距/非视距混合信道模型对空地通信链路进行建模, 提出一种基于Q-learning算法的保障无人机通信系统安全的飞行轨迹在线优化方法。仿真结果表明, 与两种基准算法相比, 本文提出的算法能够有效提高无人机通信的平均保密率。