本文選題：物理層安全 + 時間反轉(zhuǎn)　； 參考：《國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2014年碩士論文

【摘要】：作為增強無線通信安全的一種新思路,物理層安全技術(shù)旨在利用豐富的物理層資源來增強通信系統(tǒng)的安全性,具有廣闊的研究和應(yīng)用前景。隨著寬帶、超寬帶通信技術(shù)的迅猛發(fā)展,頻率選擇性信道下的物理層安全技術(shù)研究逐漸引起人們的關(guān)注。時間反轉(zhuǎn)(Time Reversal,TR)技術(shù)不僅可以緩解多徑傳播的不良影響,還能夠自動收集各路徑的信號能量并在預(yù)定的合作接收機處相干疊加,從而實現(xiàn)信號在時域和空域上的二維聚焦,因而是頻率選擇性信道下實現(xiàn)物理層安全的一種有效技術(shù)手段。本文針對頻率選擇性信道下基于時間反轉(zhuǎn)的物理層安全技術(shù)展開研究,主要工作如下:1、首先詳細介紹了基于時間反轉(zhuǎn)的無線通信系統(tǒng)的時域與頻域模型,其次研究了時間反轉(zhuǎn)的時間壓縮、空間聚焦、信道固化以及多徑分集這四大性能特點,為后續(xù)章節(jié)的研究工作奠定基礎(chǔ)。2、研究了單載波通信系統(tǒng)中基于時間反轉(zhuǎn)的物理層安全設(shè)計問題。在未知竊聽者信道狀態(tài)信息的情況下,在頻率選擇性信道下將人工噪聲引入到傳統(tǒng)的時間反轉(zhuǎn)預(yù)濾波器方案中,提出一種人工噪聲和時間反轉(zhuǎn)相結(jié)合的安全設(shè)計方案,仿真結(jié)果表明所提方案的安全性能優(yōu)于傳統(tǒng)的時間反轉(zhuǎn)預(yù)濾波器方案。而在已知竊聽者信道狀態(tài)信息的情況下,設(shè)計了一種可達到保密容量的時間反轉(zhuǎn)預(yù)濾波器方案,仿真結(jié)果表明所提方案的安全性能優(yōu)于屏蔽Eve的時間反轉(zhuǎn)預(yù)濾波器方案。利用上述不同安全等級的時間反轉(zhuǎn)預(yù)濾波器,建立了具有不等保護能力的無線廣播通信系統(tǒng),能夠為不同用戶提供不同等級的安全保護策略。3、研究了多載波通信系統(tǒng)中基于時間反轉(zhuǎn)的物理層安全設(shè)計問題。首先介紹了TR OFDM系統(tǒng)的時域與頻域模型,然后通過與最大比傳輸預(yù)編碼方案相比,分析了時間反轉(zhuǎn)預(yù)編碼方案在多輸入單輸出(Multiple-input Single-output,MISO)OFDM系統(tǒng)中的安全性能,最后在MISO OFDM系統(tǒng)中提出了一種時間反轉(zhuǎn)與人工噪聲相結(jié)合的安全設(shè)計方案。仿真結(jié)果表明,時間反轉(zhuǎn)技術(shù)能夠有效增強多載波通信系統(tǒng)的安全性能。
[Abstract]:As a new way to enhance the security of wireless communication, the physical layer security technology aims to enhance the security of the communication system by using abundant physical layer resources, which has a broad research and application prospects. With the rapid development of broadband and ultra-wideband (UWB) communication technology, the research of physical layer security technology in frequency-selective channels has attracted more and more attention. Time reversal (TRT) not only can mitigate the adverse effects of multipath propagation, but also can automatically collect the signal energy of each path and stack it coherently at the predetermined cooperative receiver, thus realizing the two-dimensional focusing of the signal in the time domain and the spatial domain. Therefore, it is an effective technique to realize physical layer security in frequency selective channel. In this paper, the physical layer security technology based on time reversal in frequency-selective channel is studied. The main work is as follows: 1. Firstly, the time-domain and frequency-domain models of wireless communication system based on time-reversal are introduced in detail. Secondly, the characteristics of time compression, space focusing, channel solidification and multipath diversity are studied. This paper studies the physical layer security design based on time reversal in single carrier communication system. In the case of unknown eavesdropping channel state information, artificial noise is introduced into the traditional time reversal prefilter scheme in frequency-selective channel, and a security design scheme combining artificial noise and time reversal is proposed. The simulation results show that the security performance of the proposed scheme is better than that of the traditional time reversal prefilter scheme. When the channel state information of eavesdroppers is known, a time reversal prefilter scheme with secure capacity is designed. The simulation results show that the proposed scheme has better security performance than the time reversal prefilter scheme with shielded Eve. Using the time reversal prefilter of different security levels, a wireless broadcast communication system with unequal protection capability is established. This paper studies the physical layer security design problem based on time reversal in multicarrier communication system, which can provide different levels of security protection policy for different users. Firstly, the time domain and frequency domain models of tr OFDM system are introduced. Then, compared with the maximum ratio transmission precoding scheme, the security performance of the time reversal precoding scheme in multiple-input single-output MIMO MISOO OFDM systems is analyzed. Finally, a security design scheme combining time reversal and artificial noise is proposed in MISO OFDM system. Simulation results show that the time reversal technique can effectively enhance the security performance of multicarrier communication systems.
【學(xué)位授予單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN92

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