基于波束成形与人工加扰的安全容量优化与接入控制研究

发布时间：2017-07-13 17:22

  本文关键词：基于波束成形与人工加扰的安全容量优化与接入控制研究

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【摘要】：随着移动通信技术的发展与广泛普及,无线通信网络的安全成为信息安全中的热点问题。在传统的信息安全系统中一般依靠密码学来保证信息的安全,然而随着设备计算性能的提高,传统的加密算法已经无法保证信息的安全。如何使得信息的安全传输不唯一地依赖加密密钥,成为信息安全领域急需解决的问题。而利用无线通信的物理特性配合传统的安全机制来提高无线通信系统的安全性是解决以上问题的较好方案。本文围绕如何使用无线通信系统的物理特性来提高安全性展开研究工作,并取得如下的成果：(1)针对在源节点上加入人工噪声后,正常节点接收到的信息量减少的问题,提出一种加入人工噪声后主信道最大化安全容量算法。实现了常用的人工干扰算法,并利用这些算法对一个具有窃取用户的无线系统进行干扰。仿真结果表明出本文提出的算法可以取得最大的安全容量。(2)针对多中继系统中如何减小窃听信道的容量与如何提高主信道容量的问题,引入基于波束成形和协作干扰的安全容量优化方法。在给定约束总功率的条件下,提出一种协作波束成形与人工噪声联合设计方案,对分配功率、波束成形向量和人工干扰向量进行迭代,提高了多输入单输出系统的安全容量。仿真结果表明,本文提出的混合方法比单独使用波束成形与单独使用协作干扰这两种方法取得更大的安全容量。(3)针对窃听信道信道状态信息(State Channel Information,简称CSI)未知的情况,引入了非盲波束成形算法,对系统安全容量进行了分析后,提出了一种基于人工噪声和波束成形技术的接入控制算法。利用随机过程的方法,推导出了系统安全吞吐量。仿真结果表明,引入非盲波束成形的安全容量比盲波束成形系统的安全容量大。
【关键词】：无线通信 物理层安全 安全容量 人工加扰 波束成形
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN918
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 1 绪论7-17
• 1.1 论文的背景及意义7-9
• 1.2 国内外研究现状9-15
• 1.2.1 基于波束成形的安全容量技术10-12
• 1.2.2 基于人工加扰的安全容量12-13
• 1.2.3 基于资源分配的安全容量13-15
• 1.3 本文所作的工作及章节安排15-17
• 2 人工加扰的安全容量优化算法设计17-30
• 2.1 人工干扰技术17
• 2.2 系统模型17-18
• 2.3 人工加扰算法设计18-26
• 2.3.1 人工加扰策略分析与设计18-24
• 2.3.2 对比策略24-25
• 2.3.3 人工干扰策略25-26
• 2.4 仿真及结果分析26-29
• 2.4.1 仿真参数的设置26-27
• 2.4.2 仿真与结果分析27-29
• 2.5 本章小结29-30
• 3 基于波束成形的安全传输方案30-45
• 3.1 系统模型30-31
• 3.1.1 单用户MISO通信30
• 3.1.2 系统模型30-31
• 3.2 MISO系统中波束成形和协作干扰技术31-33
• 3.2.1 协作波束成形32
• 3.2.2 协作干扰32-33
• 3.3 基于波束成形的安全传输方案的设计33-40
• 3.3.1 协作波束成形与人工噪声联合设计33-37
• 3.3.2 协作波束成形方案设计37-38
• 3.3.3 协作干扰方案设计38-40
• 3.4 系统仿真结果及分析40-44
• 3.4.1 系统参数的设计与选择40-41
• 3.4.2 仿真与结果分析41-44
• 3.5 本章小结44-45
• 4 基于OFDM的接入控制算法研究45-60
• 4.1 系统模型45-46
• 4.2 OFDM技术的原理46-47
• 4.3 接入控制算法设计47-51
• 4.3.1 算法描述47-48
• 4.3.2 信道选择阶段48-50
• 4.3.3 信息接入控制阶段50-51
• 4.4 系统性能分析51-55
• 4.4.1 安全性能分析51-54
• 4.4.2 目的节点公平性分析54-55
• 4.5 仿真及结果分析55-59
• 4.5.1 仿真参数设置55-56
• 4.5.2 仿真结果及分析56-59
• 4.6 本章小结59-60
• 5 总结与展望60-62
• 5.1 总结60
• 5.2 展望60-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-69
• 附录69

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本文编号：537783