下行MISO无线系统中基于时间反演的保密容量提升方法研究

发布时间：2020-04-14 18:23

【摘要】：随着通信技术的飞速发展,无线信道特有的开放性与广播性引起信号延时、衰减以及泄露等问题已成为许多研究机构与学者进行无线通信安全研究时正在面临的巨大挑战。基于密钥的加密算法依赖于计算复杂度,无法满足第五代通信系统的要求。而物理层安全技术利用无线信道的固有特性使安全问题在最底层解决,具有普适性、可计算以及易实现等特点。物理层安全技术中,如何提高无线通信系统的保密容量是物理层安全研究的核心问题。时间反演技术可以自动收集散落在各个多径上的信号能量并在期望用户处相干叠加,从而实现信号在时间上和空间上的同步聚焦。因此时间反演技术在物理层安全研究方面具有广阔的应用前景。本文针对下行MISO无线系统中基于时间反演的保密容量提升方法研究,主要创新性工作内容为:第一,无线通信在自由空间中传输信号时,信号面临着被非法窃听的风险。为提升保密容量,本文提出一种基于时间反演技术,采用波束赋形技术优化的安全传输策略。该策略基于多用户MISO窃听信道模型,把最大化保密容量作为多用户通信准则,同时考虑信道状态与天线间相关性。首先,基站利用波束赋形技术针对期望用户发射信号,此时信号在合法信道传输方向上增强;其次,基站的信号于发送前皆需通过时间反演腔,且它每次仅仅处理单个特定的信道。理论研究与仿真数据显示:该策略的保密容量更高,误比特率更低。第二,采用人工噪声的安全传输策略会额外消耗能量,将会缩短整个系统的生存周期。为提升系统的保密容量,本文提出一种基于时间反演技术,采用信息与能量同时传输(Simultaneous Wireless Information and Energy Transfer,SWIET)技术优化的安全传输策略。该策略将系统建模为无线信道模型,发送探测脉冲提取信道信息。首先,在多用户MISO下行系统中,发送方对信号进行时间反演处理;其次,采用零空间人工噪声法,此时会额外消耗能量,因此引入SWIET技术来有效地解决该问题,改善系统的安全性能。理论分析和仿真结果表明:该策略保密容量更高,信息泄露量更少。
【图文】：

过程图,时间反演,过程,无线收发器

然后对无线收发器阵列接收到的信号做时间反演处理。最后将这些经过时间反演处理的信号分别从无线收发器阵列的各个位置上反向发射到与第一步相同的信道中去，聚焦在期望用户处，，脉冲信号源的特性将会被近似地复原。如图2.1所示。图 2.1 时间反演过程时间反演信道探测阶段如图 2.2 所示。发送方和期望用户为实现双方通信，首先要提取冲激响应。由期望用户向发送方发送信号 1x t 进行信道探测，假设信号 1x t 在信道传输过程中保持不变。经过多径传输，发送方接收到的信号 1y t 记为： 1 1y t x t h t(2.1)
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN918

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