非理想信道状态信息下物理层安全波束成形技术研究

发布时间：2021-07-07 20:55

　　无线通信技术的飞速发展使人类社会进入了高效率的信息化时代,给人们的工作和生活方式带来巨大的变化。与此同时,无线信道的广播特性使信息传输容易遭受窃听的风险。因此,无线通信的安全问题十分重要。物理层安全利用无线信道的物理层特性,采用信号处理和编码技术增强无线通信的安全性,可以达到信息论意义上的完全保密（Perfect Secrecy）。采用多天线技术构造信道质量优势时,发送端获得的信道状态信息（Channel State Information, CSI）对物理层安全性能起着重要的作用。然而,由于估计误差和反馈时延等因素的影响,实际的多天线系统中发送端很难获得理想的CSI。因此,针对不同的信道模型和CSI,尤其是非理想CSI,设计安全传输方法是一个关键问题。论文的主要内容如下：1.考虑多输入单输出（Multiple-Input Single-Output, MISO）窃听信道中存在多个单天线窃听者的场景。对于发送端获得的信道协方差矩阵信息存在确定性椭球界误差的情况,研究了单个合法用户最差情况安全速率最大化（Worst Case Secrecy Rate Maximization, WCSR... 

【文章来源】：战略支援部队信息工程大学河南省

【文章页数】：132 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
缩略语
符号定义
第一章 绪论
    1.1 信息安全属性与传统安全机制
        1.1.1 信息安全属性
        1.1.2 传统安全机制
    1.2 无线物理层安全
        1.2.1 无线信道特性分析
        1.2.2 物理层安全的发展
        1.2.3 安全性能指标
    1.3 物理层安全研究现状
        1.3.1 多天线窃听信道
        1.3.2 干扰信道
        1.3.3 中继信道
    1.4 问题的提出
    1.5 论文的主要内容和章节安排
        1.5.1 论文的主要内容
        1.5.2 章节安排
第二章 MISO窃听信道中的鲁棒安全传输方法
    2.1 引言
    2.2 系统模型
    2.3 鲁棒的WCSRM发送设计
        2.3.1 内部优化问题求解
        2.3.2 算法描述
    2.4 鲁棒的TPM设计
    2.5 仿真分析
        2.5.1 仿真参数设置
        2.5.2 WCSRM性能分析
        2.5.3 TPM性能分析
    2.6 本章小结
    附录2.A 引理1和引理2的证明
第三章 多用户概率QoS约束的鲁棒安全传输方法
    3.1 引言
    3.2 系统模型
    3.3 鲁棒的人工噪声辅助波束成形方法
        3.3.1 基于Bernstein-type不等式的保守描述
        3.3.2 基于S-程序的保守描述
        3.3.3 复杂度比较
    3.4 仿真分析
        3.4.1 仿真参数设置
        3.4.2 性能对比
    3.5 本章小结
第四章 多用户MISO干扰信道中的安全传输方法
    4.1 引言
    4.2 系统模型
    4.3 理想CSI下的协同波束成形设计
        4.3.1 半定松弛(SDR)
        4.3.2 基于SCA算法的递归估计
        4.3.3 高斯随机化过程
    4.4 鲁棒的协同波束成形设计
        4.4.1 信道向量误差下的鲁棒性设计
        4.4.2 信道协方差矩阵误差下的鲁棒性设计
    4.5 仿真分析
    4.6 本章小结
第五章 多天线中继信道中的安全传输方法
    5.1 引言
    5.2 系统模型
    5.3 理想信道条件下的安全发送设计
        5.3.1 双层优化问题表述
        5.3.2 内层优化问题的求解
        5.3.3 求解算法描述
    5.4 非理想信道条件下的鲁棒安全发送设计
        5.4.1 半不定约束条件的处理
        5.4.2 连续凸估计
    5.5 仿真分析
        5.5.1 理想CSI下安全传输方法性能仿真
        5.5.2 非理想CSI性能仿真
    5.6 本章小结
第六章 多用户对等中继信道中的鲁棒安全传输方法
    6.1 引言
    6.2 系统模型
    6.3 鲁棒性收发设计
        6.3.1 递归优化算法
        6.3.2 递归优化算法收敛性的证明
        6.3.3 窃听者的接收
    6.4 仿真分析
    6.5 本章小结
第七章 结束语
    7.1 主要研究成果和创新点
    7.2 后续工作展望
致谢
参考文献
作者简历攻读博士学位期间完成的主要工作


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于协作波束形成的中继阻塞混合无线物理层安全传输[J]. 罗苗,王慧明,殷勤业.  中国科学:信息科学. 2013(04)
[2]认知无线电网络的物理层安全研究及其鲁棒性设计[J]. 陈涛,余华,韦岗.  电子与信息学报. 2012(04)



本文编号：3270354