基于随机矩阵的物理层安全技术研究与应用
发布时间：2021-03-31 05:47
物理层安全有望成为一种新的信息保密手段,与现代密码学结合,两者携手实现从底层到上层全方位的信息保密。物理层安全研究的整体思路是“利用信号处理技术提高窃听方信道译码的难度,进一步利用Wyner编码（物理层安全编码）将窃听方残留的译码能力归零”。在信号处理技术层面,基于零空间的人工噪声技术（Artificial Noise based on Nullspaces,ANN）在不干扰主信道用户的基础上发射人工噪声干扰窃听用户以提高保密容量。但是,为了产生零空间,ANN技术需要发射天线数目大于合法接收端天线数目这个限制条件,且该技术并有没对人工噪声的维度进行优化,因此ANN所获得的保密容量并不高。在Wyner编码层面,由于第五代移动网络（The 5th Generation Mobile Networks,5G）网络的高动态特点使得无线信道快速变化,因此采取固定的Wyner码率进行传输会导致低效的传输效率或者频繁的保密中断。为了解决上述问题,本文设计了一种基于统计优化的人工噪声技术,然后将该人工噪声技术用于5G移动边际计算（Mobile Edge Computing,MEC）服务的安全通信,并配...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题来源及研究目的和意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 物理层安全介绍
1.1.3 研究的目的和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 基于MIMO的物理层安全信号处理方案
1.2.2 基于中继的物理层安全信号处理方案
1.2.3 Wyner编码方案
1.2.4 人工噪声技术
1.2.5 边缘计算中的安全通信
1.3 论文的研究内容
1.4 论文结构
第2章 随机矩阵分析
2.1 引言
2.2 无相关性的复中心Wishart矩阵
2.3 列相关性的复中心Wishart矩阵
2.4 随机矩阵的性质
2.5 Wishart矩阵与MIMO的遍历信道容量
2.6 本章小结
第3章 基于信道Wishart矩阵特征空间的人工噪声技术
3.1 引言
3.2 信道建模及问题界定
3.2.1 信道建模
3.2.2 发射机和接收机的设计
3.2.3 安全性讨论
3.2.4 计算复杂度讨论
3.2.5 关于CSI的讨论
3.2.6 问题界定
3.3 基于遍历保密速率的方案设计
3.3.1 非相关的MIMO Rayleigh衰落下的遍历保密速率
3.3.2 基于遍历保密容量的特征空间维度优化
3.4 关于遍历保密速率的近似性分析
3.5 仿真结果
3.6 本章小结
第4章 接收天线相关MIMO Rayleigh衰落下的ANEW技术
4.1 引言
4.2 信道建模及问题界定
4.2.1 信道建模
4.2.2 关于相关性矩阵的讨论
4.2.3 问题界定
4.3 基于遍历保密速率的方案设计
4.3.1 接收天线相关MIMO Rayleigh衰落下的遍历保密速率
4.3.2 基于遍历保密容量的特征空间维度优化
4.4 关于遍历保密传输速率的近似性分析
4.5 仿真结果
4.6 本章小结
第5章 基于ANEW的安全传输在MEC中的应用
5.1 引言
5.2 信道建模及问题界定
5.2.1 信道建模
5.2.2 问题界定
5.3 基于遍历保密速率的计算任务分配
5.3.1 上行传输方案及其遍历保密速率
5.3.2 下行传输方案及其遍历保密速率
5.3.3 用户单天线的情况
5.3.4 计算任务分配
5.4 自适应Wyner编码传输
5.4.1 基于陪集的Wyner编码
5.4.2 上行自适应Wyner码率调节方案
5.4.3 下行自适应Wyner码率调节方案
5.5 仿真结果
5.6 本章小结
结论
附录 文中的公式推导
A.1 定理2.1的推导
A.2 定理2.2的推导
A.3 定理2.4的推导
A.4 定理4.1的推导
A.5 命题5.1的推导
A.6 命题5.2的推导
A.7 命题5.3的推导
参考文献
附录 英文缩写及释义
附录 数学符号及释义
攻读博士学位期间发表的学术论文及其它成果
致谢
个人简历
本文编号：3110909
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题来源及研究目的和意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 物理层安全介绍
1.1.3 研究的目的和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 基于MIMO的物理层安全信号处理方案
1.2.2 基于中继的物理层安全信号处理方案
1.2.3 Wyner编码方案
1.2.4 人工噪声技术
1.2.5 边缘计算中的安全通信
1.3 论文的研究内容
1.4 论文结构
第2章 随机矩阵分析
2.1 引言
2.2 无相关性的复中心Wishart矩阵
2.3 列相关性的复中心Wishart矩阵
2.4 随机矩阵的性质
2.5 Wishart矩阵与MIMO的遍历信道容量
2.6 本章小结
第3章 基于信道Wishart矩阵特征空间的人工噪声技术
3.1 引言
3.2 信道建模及问题界定
3.2.1 信道建模
3.2.2 发射机和接收机的设计
3.2.3 安全性讨论
3.2.4 计算复杂度讨论
3.2.5 关于CSI的讨论
3.2.6 问题界定
3.3 基于遍历保密速率的方案设计
3.3.1 非相关的MIMO Rayleigh衰落下的遍历保密速率
3.3.2 基于遍历保密容量的特征空间维度优化
3.4 关于遍历保密速率的近似性分析
3.5 仿真结果
3.6 本章小结
第4章 接收天线相关MIMO Rayleigh衰落下的ANEW技术
4.1 引言
4.2 信道建模及问题界定
4.2.1 信道建模
4.2.2 关于相关性矩阵的讨论
4.2.3 问题界定
4.3 基于遍历保密速率的方案设计
4.3.1 接收天线相关MIMO Rayleigh衰落下的遍历保密速率
4.3.2 基于遍历保密容量的特征空间维度优化
4.4 关于遍历保密传输速率的近似性分析
4.5 仿真结果
4.6 本章小结
第5章 基于ANEW的安全传输在MEC中的应用
5.1 引言
5.2 信道建模及问题界定
5.2.1 信道建模
5.2.2 问题界定
5.3 基于遍历保密速率的计算任务分配
5.3.1 上行传输方案及其遍历保密速率
5.3.2 下行传输方案及其遍历保密速率
5.3.3 用户单天线的情况
5.3.4 计算任务分配
5.4 自适应Wyner编码传输
5.4.1 基于陪集的Wyner编码
5.4.2 上行自适应Wyner码率调节方案
5.4.3 下行自适应Wyner码率调节方案
5.5 仿真结果
5.6 本章小结
结论
附录 文中的公式推导
A.1 定理2.1的推导
A.2 定理2.2的推导
A.3 定理2.4的推导
A.4 定理4.1的推导
A.5 命题5.1的推导
A.6 命题5.2的推导
A.7 命题5.3的推导
参考文献
附录 英文缩写及释义
附录 数学符号及释义
攻读博士学位期间发表的学术论文及其它成果
致谢
个人简历
本文编号：3110909
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