基于MSE的预编码设计及其在MIMO协作物理层安全中的应用

发布时间：2022-12-08 03:22

　　随着无线通信技术近年来迅速发展,通信服务的质量和数据传输速度不断地得到提升。安全问题依旧是无线通信理论的一个重要问题。物理层安全根据无线信道的特性,以信息论的角度,从底层提高系统的安全性能。但随着网络复杂度的增大,传统的基于安全速率的物理层安全机制难以提供有效方案。本文主要针对蜂窝网中多天线输入多天线输出（Multiple-input Multiple-output,MIMO）下行链路,提出基于均方误差（Mean Square Error,MSE）的物理层安全机制,有效的利用了设备到设备技术（Device-to-device,D2D）以及中继节点对网络的影响,在保证各自传输质量同时,充分提高了整个网络的物理层安全性能。传统的物理层安全预编码方案根据可达安全速率计算无线系统的安全极限时,其计算复杂度很高,对于存在协作节点的MIMO复杂网络更是难以实现,安全性能不能得到保障。均方误差作为估计理论中的常用指标,计算复杂度低且处理方便。本文将安全理论与估计理论联系起来,证明了可达安全速率（互信息的差）与MSE的关键联系,即可达安全速率等于窃听端MSE与目标接收端MSE一种特殊差的积分或某条件下... 

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题研究的背景和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 预编码技术的国内外研究现状
        1.2.2 物理层安全技术的国内外研究现状
    1.3 本课题的主要研究内容
第2章 预编码与物理层安全的基本理论
    2.1 预编码设计理论
        2.1.1 MIMO预编码设计基础
        2.1.2 凸优化问题的理论基础
    2.2 物理层安全的基本理论
        2.2.1 可达安全速率
        2.2.2 均方误差的理论基础
        2.2.3 物理层安全中的节点协作理论
    2.3 本章小结
第3章 基于均方误差与互信息关系的MIMO线性预编码研究
    3.1 引言
    3.2 多天线下行链路系统模型
    3.3 互信息及可达安全速率与MSE之间关系的推导
        3.3.1 均方误差
        3.3.2 均方误差与互信息两者关系
        3.3.3 均方误差与可达安全速率的关系
    3.4 基于均方误差与互信息关系的MIMO预编码设计方法
        3.4.1 预编码的设计与优化
        3.4.2 预编码的半正定松弛求解过程
    3.5 基于MSE与互信息关系的预编码方案的性能分析
        3.5.1 传统的线性预编码设计
        3.5.2 算法的仿真与分析
    3.6 本章小结
第4章 基于D2D的 MIMO下行链路物理层安全研究
    4.1 引言
    4.2 基于D2D的多天线下行链路系统模型
    4.3 基于D2D的可达安全速率与MSE之间关系的推导
        4.3.1 可达安全速率与均方误差
        4.3.2 可达安全速率与均方误差的关系
    4.4 基于D2D的 MIMO下行链路预编码方案
        4.4.1 基于D2D的 MIMO预编码设计及求解
        4.4.2 D2D的接入控制和功率控制
    4.5 基于D2D的 MIMO下行链路预编码方案的性能分析
        4.5.1 算法的仿真与分析
    4.6 本章小结
第5章 基于D2D与中继的下行链路物理层安全研究
    5.1 引言
    5.2 基于D2D且中继不存在直达路径的下行链路预编码设计
        5.2.1 无直达路径的中继协作蜂窝网下行链路模型
        5.2.2 协作网络中的可达安全速率与均方误差
        5.2.3 协作网络中的预编码方案的设计及求解
    5.3 基于D2D且中继存在直达路径的下行链路预编码设计
        5.3.1 包含直达路径的中继协作蜂窝网下行链路模型
        5.3.2 预编码方案的设计及求解
    5.4 算法的仿真与分析
    5.5 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3713447