多天线无线通信物理层保密传输技术研究

发布时间：2021-01-16 15:01

　　由于传输媒介的开放性和广播性的特点,确保无线通信的安全性一直是一个严峻的挑战。传统通信保密技术主要采用密钥加密技术对数据在上层进行加密,是“计算上安全”。但是传统的方法忽视了通信的物理层安全,使物理层成为当前无线通信安全的短板。因此,为无线通信的物理层打造坚不可摧的保密技术是当前最迫切要解决的问题。物理层安全是信息论意义上的安全,与“计算上安全”不同,它无关窃听者的计算能力。物理层保密通信技术通过利用合法信道和窃听信道的差异性设计编码方案和处理发射信号以保障私密信息传输的安全性。论文以多天线无线物理层保密传输技术为研究对象,系统地研究了其中两种常用技术:安全波束形成（Secure Beaforming）和人工干扰（Artificial Jamming）。安全波束形成通过设计波束的方向在最大化合法接收机信号接收质量的同时,最小化泄露给窃听者的私密信息,而人工干扰则通过发射干扰信号以降低窃听者的信号接收质量。多天线系统包括多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output,MIMO）系统和协作系统,其中协作系统一般被称为虚拟MIMO系统。针对不同的多天线系统自身的特... 

【文章来源】：西安交通大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：155 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 物理层保密传输技术
        1.2.1 为什么选择物理层安全
        1.2.2 物理层安全的基本理论
    1.3 多天线无线通信技术
        1.3.1 MIMO无线通信技术
        1.3.2 协作通信技术
    1.4 多天线物理层保密传输技术
        1.4.1 MIMO物理层保密传输技术
        1.4.2 协作物理层保密传输技术
        1.4.3 多天线物理层保密传输技术最新的研究进展概述
    1.5 论文的主要工作和内容安排
2 MIMO保密传输系统中信道训练和反馈开销优化
    2.1 引言
    2.2 系统模型
        2.2.1 信道训练和模拟反馈模型
        2.2.2 人工干扰辅助的保密传输技术
        2.2.3 系统可达的有效遍历安全传输速率
    2.3 最大化有效遍历安全传输速率的资源优化分配策略
    2.4 仿真结果
    2.5 本章小结
    2.6 附录
        2.6.1 定理2-1的证明
        2.6.2 定理2-2的证明
        2.6.3 定理2-3的证明
        2.6.4 定理2-4的证明
3 分布式天线系统中基于信道大尺度衰落信息的保密传输技术
    3.1 引言
    3.2 系统模型
    3.3 优化问题描述
    3.4 遍历安全传输速率最大化的功率分配优化算法
    3.5 求解Max-Min优化问题（3-25）的障碍法
    3.6 仿真结果
    3.7 本章小结
    3.8 附录
        3.8.1 定理3-1的证明
        3.8.2 定理3-2的证明
        3.8.3 定理3-3的证明
        3.8.4 矩阵导数
4 译码转发网络中混合的机会中继选择和协作干扰的保密传输技术
    4.1 引言
    4.2 系统模型
    4.3 中继选择和功率分配的联合优化
        4.3.1 优化问题建模
        4.3.2 迭代的功率分配优化算法
    4.4 信道信息过期对系统安全性能的影响
    4.5 仿真结果
    4.6 本章小结
    4.7 附录
        4.7.1 极值顺序统计量的极限分布理论
        4.7.2 定理4-1的证明
        4.7.3 定理4-2的证明
5 放大转发协作网络中混合的协作转发和协作干扰的鲁棒联合优化设计
    5.1 引言
    5.2 系统模型
    5.3 协作转发和协作干扰的鲁棒联合设计
        5.3.1 问题描述
        5.3.2 低复杂度的联合优化方法
    5.4 仿真结果
    5.5 本章小结
    5.6 附录
        5.6.1 定理5-1的证明
        5.6.2 引理5-3的证明
        5.6.3 定理5-2的证明
        5.6.4 最差的安全传输速率
6 SIMO窃听信道中机会的干扰节点选择方法
    6.1 引言
    6.2 系统模型和假设
        6.2.1 系统模型
        6.2.2 机会的干扰节点选择
        6.2.3 安全性能的度量标准
    6.3 平均安全吞吐量分析
        6.3.1 连接中断概率分析
        6.3.2 安全中断概率分析
        6.3.3 平均安全吞吐量最大化的选择门限δ的优化算法
    6.4 平均遍历安全传输速率分析
        6.4.1 可达的平均遍历安全传输速率
        6.4.2 平均遍历安全传输率最大化的选择门限δ的优化算法
    6.5 仿真结果
    6.6 本章小结
    6.7 附录
        6.7.1 泊松点过程的基本理论
        6.7.2 定理6-1的证明
        6.7.3 定理6-2的证明
7 结论与展望
    7.1 论文的工作总结
    7.2 论文的进一步研究方向
致谢
参考文献
攻读学位期间取得的研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]协作分集:一种新的空域分集技术[J]. 殷勤业,张莹,丁乐,孟银阔.  西安交通大学学报. 2005(06)



本文编号：2981034