【摘要】：無線物理層安全技術旨在開發(fā)合法信道和竊聽信道之間的空域特征差異,利用或創(chuàng)造合法信道的質(zhì)量優(yōu)勢,為通信系統(tǒng)提供信息理論安全(Information Theoretical Security),可以輔助通信協(xié)議高層的加密安全方法。隨著多輸入多輸出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)等多天線技術的快速發(fā)展與應用,空間譜資源得到了有效開發(fā),可以為物理層安全提供更大的空間自由度,同時保證無線通信的可靠性和有效性。另外,考慮到無線數(shù)字通信的廣泛使用,而數(shù)字調(diào)制信號具備有限字符特性,本文重點研究有限字符輸入的多天線系統(tǒng)物理層安全技術。無線數(shù)字通信系統(tǒng)的有限字符特性給竊聽者提供了攻擊可能。為消除該安全隱患,本文基于信息論,從兩個方面對有限字符輸入的多天線系統(tǒng)保密互信息進行了優(yōu)化:一是開發(fā)無線信道空域特征差異,如衰落、空間自由度和噪聲等,最小化竊聽信道互信息;二是對MIMO信道進行線性預編碼,最大化合法信道互信息。主要研究內(nèi)容包括:1.基于信息論,對有限字符輸入系統(tǒng)中人工噪聲輔助的波束形成方法進行安全性分析,指出有限字符輸入信號(保密信號)與多天線竊聽者的無噪接收信號之間可以等效成一個離散有噪無損信道(Discrete Noisy Lossless Channel,DNLC),致使安全方法失效。從幾何角度而言,竊聽者的無噪接收信號服從超平面分布,其特征規(guī)律可以被統(tǒng)計出來,從而實現(xiàn)竊密。據(jù)此,本文指出有限字符輸入系統(tǒng)安全傳輸?shù)某浞謼l件是破壞竊聽者的DNLC結(jié)構。根據(jù)該條件,分別設計隨機幅/相調(diào)制的保密信號和類符號人工噪聲,保證系統(tǒng)的安全性。2.基于MIMO系統(tǒng)提出一種內(nèi)生隱藏的跳空安全傳輸方法。該方法通過建立發(fā)送符號與接收天線索引之間的映射關系,實時生成跳空圖樣,無需分發(fā)跳空圖樣,擴展了應用范圍。更為重要的是,該方法開發(fā)了收發(fā)雙方之間冗余的無線信道資源,通過隨機快速切換無線信道,有效隱藏了保密信號的有限字符特性,破壞了竊聽者的DNLC結(jié)構,從而保證了系統(tǒng)的安全性。3.將空間調(diào)制拓展到MIMO系統(tǒng)中,提出一種空間調(diào)制物理層安全傳輸方法,將收發(fā)雙方之間冗余的無線信道資源用于信息傳輸和保障安全。該方法將發(fā)送信息分為信道調(diào)制和信號調(diào)制信息兩部分,建立數(shù)字調(diào)制符號與接收天線索引之間的映射關系,在信號調(diào)制信息的傳輸過程中,將接收天線索引映射為額外的信道調(diào)制符號,提高了傳輸效率。另外,由于信道調(diào)制符號的隨機性,該方法隨機切換無線信道,破壞了竊聽者的DNLC結(jié)構,保證了系統(tǒng)的安全性。4.設計MIMO線性預編碼技術,最大化合法信道的平均互信息,提高通信系統(tǒng)的可靠性。由于有限字符輸入下信道互信息關于線性預編碼矩陣非凸,現(xiàn)有的預編碼最優(yōu)化設計方法計算復雜度極高。本文基于空間分集增益改進了空時線性星座預編碼(Space Time Linear Constellation Precoding,ST-LCP)方法,并融合最大化最小輸出信號間距的方法,設計了一種聯(lián)合預編碼算法。該算法在各種信道和SNR條件下所得信道互信息均能逼近信道互信息的理論最大值,且無需迭代或搜索,計算復雜度很低。
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【學位授予單位】：解放軍信息工程大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TN918

【參考文獻】

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1 趙劉可;王雪明;羅文宇;金梁;;一種基于天線陣列冗余的跳空物理層安全方法[J];信息工程大學學報;2013年04期

2 殷勤業(yè);張建國;鄭通興;穆鵬程;王勃;董柳青;;分布式多天線跳空收發(fā)技術(Ⅱ)——權值反饋型反向訓練模式下的0/1式跳空技術[J];西安交通大學學報;2013年06期

3 殷勤業(yè);賈曙喬;左莎琳;董柳青;尹詩媛;;分布式多天線跳空收發(fā)技術(Ⅰ)[J];西安交通大學學報;2013年01期

4 吳飛龍;王文杰;王慧明;殷勤業(yè);;基于空域加擾的保密無線通信統(tǒng)一數(shù)學模型及其竊密方法[J];中國科學:信息科學;2012年04期

5 洪濤;宋茂忠;;一種基于天線虛擬運動的跳空擴頻調(diào)制方法[J];南京航空航天大學學報;2011年04期

6 穆鵬程;殷勤業(yè);王文杰;;無線通信中使用隨機天線陣列的物理層安全傳輸方法[J];西安交通大學學報;2010年06期

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本文編號：2401292