基于干扰对齐的中继MIMO窃听信道安全传输机制

考虑MIMO无线中继网络的安全传输问题,网络中每个节点配备多天线,可获得全部信道状态信息。将干扰对齐与协作干扰相结合,通过预编码使干扰机发送的干扰信号与发送端发送的人工噪声在合法接收端对齐,并与保密信号子空间相互独立,合法接收端可将干扰与人工噪声消除。在窃听端干扰、人工噪声和保密信号处于同一子空间,窃听端无法消除干扰和人工噪声,窃听性能受到较大的抑制。给出了发送端、中继端和干扰机的信号发送和预编码方案,以及合法接收端的干扰消除方案,并从保密速率和保密中断概率两方面对系统的安全性能进行分析和仿真。仿真结果表明,相比于其他系统,保密速率提升,而中断概率下降。     

能量收集协同干扰中继系统保密速率优化

研究各有一个源节点、中继节点、目的节点和窃听节点的中继窃听信道模型的保密速率的优化问题。模型中各节点具有能量收集能力,源节点和中继节点采用“储能-发送”模式工作,即先收集能量,再发送数据。中继节点采用协同干扰模式,在源节点进行数据发送时对窃听者进行干扰。首先分析得到中继协同干扰方式下提高保密容量的条件;然后给出以最大化保密速率Rs为目标的吸收比例系数ρ和中继节点发送功率Pr的迭代优化算法。通过对算法性能进行仿真,证明该算法收敛速度快,能有效提高系统的保密传输速率。     

协作网络中基于中继选择的协作波束赋形算法

针对传统多中继网络中所有中继节点都参与协作的协作波束赋形方法,提出了一种基于选择的协作波束赋形算法。该方法将最小化系统平均误码率作为目标,得到一个次优的中继节点选择门限,小于门限的中继节点被逐一剔除,从而保证了网络中的资源只分配给有用的中继节点,提高了协作波束赋形的分集增益。该选择方法需要的搜索次数和中继节点的个数相等,因此大大降低了选择过程的复杂度。蒙特卡洛仿真表明,选择波束赋形算法可以有效地提高系统误码率和网络能量效率。     

双向多天线中继系统中安全速率受限的功率最小化

针对双向多天线中继系统中存在多个单天线窃听者的场景,在保证两个源节点安全速率情况下,提出了两种中继节点发送功率最小化方案：人工噪声辅助的波束成形（artificial noise aided beamforming, ANAB）方案和零空间波束成形（null space beamforming, NSB）方案。ANAB采用半定松弛（semidefinite relaxation, SDR）技术和连续的凸估计（successive convex approximation, SCA）算法,得到局部最优的波束成形和人工噪声协方差矩阵。考虑到中继节点的天线个数大于窃听节点个数,设计了低复杂度NSB方案,在等效窃听信道矩阵的零空间中发送保密信息,通过求解一个SDP问题得到波束成形解。仿真结果表明,所提的安全发送方法可以有效地降低中继节点的发送功率。     

协作多点传输技术原理及仿真分析

为了克服传统多输入多输出系统在移动终端部署多个天线的困难,结合中继技术对协作多点传输中的协作波束赋形技术的性能进行理论分析和仿真研究,结果表明协作多点传输技术可以有效提高系统的吞吐量。     

基于能量收集的协作中继传输性能

将协作中继技术与能量收集技术相结合,并将其运用到多用户传输系统中,研究了能量收集中继协作的多用户传输网络的中断性能。首先提出了一种基于能量分割接收机的能量收集多用户协作传输协议。然后分析了该协议在瑞利衰落信道下的中断概率性能。最后结合数值仿真与理论分析结果,进一步分析了源节点发送功率和中继位置对系统中断概率的影响。仿真结果表明:本文提出的能量收集多用户协作传输协议与传统的非协作传输协议相比,可以在不增加系统能耗的前提下提高系统的中断性能。此外,中继节点距离源节点较近时可以获得更低的系统中断概率。     

部分信道状态信息下抗窃听协作中继传输方案

给出一种在缺少窃听节点信道信息、存在直接链路的情况下基于放大转发的中继波束赋形加人工噪声的传输方案。基于凸优化理论,对中继的波束赋形权值进行了优化,优化结果是唯一的和全局性的。仿真结果表明:利用此方案能够有效地防止窃听节点窃听,减少信息泄露,从而提高安全传输速率。     

最近中继协作算法研究

为提升多中继协作通信系统性能,提出一种最近中继协作的传输算法。算法通过选择最近的邻居节点作为中继来辅助传输。通过公式推导,计算出中断概率与小区半径和发送功率直接的关系,仿真结果表明,提出的算法得到的仿真结果更接近Genie-aided算法的理论值下界值,且优于直接传输和分布式协作传输方案。固定小区半径时,当达到一定的中断概率时,发送功率降低了6 dBW。     

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.     

一种全速率的多天线中继STBC协作机制

为了使多天线中继在空时分组码协作发送过程中既可以实现全速率又能获得较高分集增益,提出了一种将中继间空时分组码协作与单个中继的多天线波束成形相结合的多天线中继空时分组码协作机制．中继采用正交频分复用传输,相同载波上的符号由不同中继通过空时分组码协作进行转发,同一中继内的天线间进行波束成形．此外,为了降低信道反馈开销,设计了一种适合多天线中继空时分组码协作机制的有限速率反馈机制．仿真结果表明: 文中所提多天线中继空时分组码协作机制在获得全速率的同时,用户端采用空时分组码译码算法就可同时获得由中继间空时分组码协作和中继内多天线波束成形带来的分集增益,且采用所提有限速率反馈机制可在损失较小系统性能的情况下显著降低信道反馈开销．     

一种基于两次报价博弈机制的安全中继选择方法

无线网络中,中继转发数据需要消耗自身的能量和计算资源,具有自私性。针对中继自私性导致数据发送中断、源节点安全速率降低的问题,提出了一种基于两次报价博弈机制的无线网络安全中继选择方法。该方法引入虚拟货币的形式鼓励和规范不同节点间的转发关系,并提出基于虚拟货币衡量的两次报价竞争博弈机制,中继根据转发数据所需消耗的能量等成本决定其报价,所有中继将提供的安全速率进行标价,并且中继两次报价的占优策略均为上报真实成本才能获得源节点支付的报酬,源节点根据中继所提供的安全速率和报价的多少选择使其安全速率增益最大的中继。仿真和分析表明,发送功率为15mW的功率条件下,相比传统方法,文章方法的安全速率提高40%。     

全双工系统中基于神经网络的自干扰消除方案

针对合法接收端采用全双工模式时的自干扰消除问题,提出了一种在单输入多输出系统中,利用神经网络实现全双工合法接收端信号合并和自干扰消除的方案.合法接收端在接收信号的同时发送人工噪声干扰窃听者.设计2个神经网络,一个用于接收信号的合并,另一个对接收信号中的自干扰进行对消.对合法接收端和窃听端的误比特率、可达保密速率等性能进行仿真的结果表明,信号合并和自干扰消除方案可行并有效,在适当配置接收端发射天线和接收天线数量后,可获得可观的系统保密速率.     

模拟网络编码双向中继窃听信道安全性能分析

分析了模拟网络编码双向中继窃听信道可达安全速率特性的影响因素.建立了存在一个窃听者的窃听信道模型,并推导了可达安全速率的表达式.通过对特定场景进行数值仿真和分析,结果表明:当窃听者位于某些范围内时,存在可达安全速率为零的情况;通过增大窃听者和被窃听节点之间的距离、角度和优化节点功率分配,可以提高模拟网络编码双向中继窃听信道的可达安全速率.     

能量采集衬底式认知协作中继网络安全中断概率分析

能量受限协作中继网络频谱利用率低,生存周期短,无线信道开放性所带来的物理层安全受到威胁,对此,将功率信标辅助射频能量采集技术、认知无线电技术和协作中继网络相结合,构建了一种新的中继节点分散布置的能量收集2跳认知协作中继网络;引入单窃听节点对第2跳传输进行窃听,并结合主动和被动窃听方式提出了最优中继选择和次优中继选择方式,推导了2种中继选择方式下次网络安全中断概率闭合式.数值计算和仿真结果表明,主接收节点和中继数目、中继和窃听节点位置设置、能量采集比例、能量转换效率以及信道容量和安全容量阈值都会对次网络安全中断性能产生显著影响.最优中继选择方式下的次网络安全中断性能明显优于次优中继选择方式.功率信标信号功率或干扰约束的增大使得次网络安全中断概率降低,并趋于饱和.     

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.     

Optimal cooperative beamforming design schemes  for AF MOMO two way relay channels

In this paper,beamforming parameters in multiple input multiple output (MIMO) two-way relay channels (TWRCs) are designed.We investigate three communicating scenarios,in which,the source nodes are all ...     

智能反射面和协作干扰的无人机安全通信算法

为了进一步增强无人机通信系统的保密率,提出了基于智能反射面和协作干扰的无人机安全通信系统。通过利用智能反射面动态地加强回传链路以及通过协作无人机引入人工噪声干扰非法窃听者,从物理层提高无人机通信系统的安全性。考虑源无人机轨迹、干扰无人机轨迹、功率控制和智能反射面相移,以最大化系统的保密率为目标提出联合优化问题。提出了一种交替优化算法,将原问题变为4个子问题,并通过连续凸逼近、半定松弛将原始的非凸问题转换为近似凸性子问题,使其可通过凸优化工具直接求解。仿真结果表明,所提优化算法能够快速收敛,相比于传统的非智能反射面辅助的通信网络,所提算法能显著地提高系统的安全保密率。     

Constellation splitting security transmission technology based on the multi-parameter weighted-type fractional Fourier transform for dual-polarized satellites

In order to improve the security transmission performance of dual-polarized satellites, a constellation splitting security transmission system based on the multi-parameter weighted-type Fractional Fourier Transform (MP-WFRFT) is proposed. By analyzing the time-frequency characteristics of signals, the constellation splitting function is constructed and solved by the Genetic Algorithm (GA). The constellation splitting criteria of the MP-WFRFT in the two-dimensional surface and three-dimensional sphere are mainly explored. Simulation results show that the splitting pattern is determined by the ratio of time-domain terms on the MP-WFRFT and the transmitting signal can be camouflaged by setting different time-domain terms ratio constrains to prevent the eavesdropper from acquiring the correct message. The error in the transform parameter can improve the security performance. The larger the parameter error of the MP-WFRFT is, the higher secrecy capacity can be achieved, which verifies the rationality and effectiveness of the proposed scheme.     

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。