无线多径信道下基于时间反演的物理层安全技术研究

发布时间：2020-05-30 07:07

【摘要】：随着5G技术的逐渐兴盛,对新型宽带无线通信技术的研究也越来越多。而宽带无线通信用户大多处于多径信道环境下,由该环境造成的信号延时、衰落和信息泄露等问题将是众多学者和研究机构不得不面对的一个重要挑战。在此背景下,物理层安全技术和时间反演技术得到了迅速发展。物理层安全技术主要是利用通信信道的固有特性来增强信号传输的安全性,而时间反演技术则是结合其电磁特性和物理信道特性来提高无线通信系统的保密性能。利用时间反演技术的时空聚焦特性不仅可以在一定程度上缓解多径效应引起的通信质量问题,而且也可以保证信息传输过程的安全性。因此,将时间反演技术与物理层安全技术相结合是未来无线通信的重要研究方面。基于此,本文的主要工作内容为:第一,针对物理层安全研究中的窃听信道问题,提出了一种联合时间反演技术和人工噪声的物理层安全传输机制。首先,在经典窃听信道模型中使用时间反演技术,利用其时空聚焦性来提高信号传输过程中的安全性;其次,由于信息聚焦于接收点附近,窃听用户易于在接收点周围窃听到合法信息。因此,使用人工噪声法和物理层零空间法相结合,令窃听用户很难在合法用户及其周围窃听到有用信号,增强了合法用户信号接收的可靠性。经过仿真实验,并且与现有的物理层安全传输机制对比,该系统的安全性能得到了有效的提升。第二,针对无线多径信道中存在主动窃听的情况,提出了一种新型的联合时间反演和无线携能通信技术的物理层安全传输方案。首先,发送方利用时间反演技术的时空聚焦特性来减小频率选择性衰落对通信信号的影响;其次,合法用户使用功率分配器来收集发送方发送的信息和能量;最后,用符号出错率和能量收集两个指标来评估系统性能,并且采用基于矩生成函数的方法来得到符号出错率能量区域的解析解。仿真结果表明,采用时间反演技术可以降低系统的符号出错率,同时,窃听用户发送的干扰信号也可以增强能量收集效率。
【图文】：

无线通信协议,分层结构

图 2.1 无线通信协议的分层结构层处于协议栈的最底部，负责把物理信号转换为调制信号，然栈的上层作进一步处理。以无线物理层理论为基础的保密机制道的唯一性、随机性和互易性等固有特性，不依托上层的加密发生。传统的加密手段是以网络协议为切入点来研究安全通信是从信息论和信号处理的角度来研究安全通信。为了便于对无全面的了解，为本文的主要研究工作奠定理论基础，，本节在简听信道模型之后，接着阐述了时间反演技术应用于无线通信中讨论了物理层安全中的关键技术方法。yner 窃听信道模型. Wyner 最早在文献[3]中引入了窃听信道模型，该窃听信道模型

模型图,模型,通信质量,物理层

图 2.2 Wyner 窃听信道模型. Wyner 认为，如果窃听信道的通信质量比合法信道的通信质量种编码方式使窃听方能够在不窃取保密信号的情况下合法用户速率 (Secrecy Rate)，这个最高安全传输速率被定义为保密容。把图 2.1 的通信过程从信息论的方面描述如下。此时，Bob 和别为Y H Xba b nea eZ H X na 均为1 M信道矩阵，bn 和en 分别表示 Bob 和 Eve 接收到的高斯线物理层安全的主要性能指标使用一些性能指标来衡量无线物理层通信系统的安全性，定性
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.5

【参考文献】