本文關(guān)鍵詞：多天線無線通信安全容量增強(qiáng)及編碼方法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：物理層安全(Physical Layer Security)技術(shù)在保證信息完全安全傳輸?shù)耐瑫r(shí),具有普適性、可計(jì)算、易實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn),因此迅速成為安全通信的研究熱點(diǎn)。物理層安全方法有可能成為下一代移動(dòng)通信系統(tǒng),尤其是軍事通信系統(tǒng)等安全性要求較高的領(lǐng)域中保證信息安全傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)之一。物理層安全技術(shù)中,如何快速計(jì)算與提高多天線技術(shù)下的系統(tǒng)安全容量以及在此安全容量下的編碼方法是物理層安全研究中的核心問題,也是研究難點(diǎn)所在。本文以提高M(jìn)IMO竊聽信道安全容量及近安全容量的編碼為研究重點(diǎn),主要完成以下創(chuàng)新性工作:1、發(fā)送端(Alice)與竊聽端(Eve)之間的信道質(zhì)量優(yōu)于正常接收端(Bob)與發(fā)送端之間的信道質(zhì)量,或竊聽端配備的天線數(shù)量大于發(fā)送端天線數(shù)量的情況下,本文采用信噪一體化(ISAN)方法提升MIMO竊聽信道的安全容量,使MIMO竊聽信道始終具有正的安全容量。主要研究了兩種情形下的信噪一體化方法,即多輸入單輸出單天線竊聽(MISOSE)與多輸入多輸出多天線竊聽(MIMOME)。為保證Bob具有一定的信號(hào)接收質(zhì)量,同時(shí)又能夠有效地干擾竊聽者,需滿足下列條件:Alice選取對(duì)應(yīng)于正常接收信道協(xié)方差矩陣的最大特征值的特征向量為信號(hào)向量,人工噪聲向量為其他特征向量的線性組合,信號(hào)向量與噪聲向量相互正交,互不影響。研究表明,本文設(shè)計(jì)的信噪一體化方法可保證MIMO竊聽信道始終具有正的安全容量,從而可有效提高通信系統(tǒng)安全性能。2、提出隨機(jī)復(fù)數(shù)域編碼(Random Complex Field,RCF)在MIMO竊聽信道中的設(shè)計(jì)方法。根據(jù)Eve是否知道RCF編碼矩陣,研究了兩種情況:當(dāng)Eve不知道RCF編碼矩陣時(shí),直接將RCF編碼作為信息傳輸?shù)念A(yù)編碼方法;當(dāng)Eve知道RCF編碼矩陣時(shí),提出了聯(lián)合信號(hào)噪聲(ISAN-RCF)設(shè)計(jì)方法,并將之應(yīng)用于當(dāng)竊聽端為被動(dòng)竊聽時(shí)的MIMO竊聽信道中。研究證明,當(dāng)Eve不知道RCF編碼矩陣的情況下,Eve接收誤碼率始終保持在0.5,Eve得不到任何信源信息;在Eve知道RCF編碼矩陣時(shí),ISAN方法可惡化竊聽者信道,確保Bob與Alice之間的信道優(yōu)于Eve與Alice之間的信道,從而使安全容量為正。在提高系統(tǒng)安全性的同時(shí),由于RCF編碼具有全分集全碼率的特性,RCF編碼使得Bob能夠有效對(duì)抗信道衰落。仿真結(jié)果表明,ISAN-RCF方法既能保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?又能保證其安全性。3、提出了基于隨機(jī)擾碼加LDPC的安全編碼方法,并將其應(yīng)用于MIMO竊聽信道中。隨機(jī)擾碼具有誤碼擴(kuò)散的特性,當(dāng)接收信噪比較低時(shí),隨機(jī)擾碼的誤碼擴(kuò)散性能可使LDPC編碼的誤碼率擴(kuò)散到0.5。以安全間距作為所提方法的安全性指標(biāo)時(shí),相比于未加擾碼的LDPC編碼,隨機(jī)擾碼降低了LDPC編碼的安全間距,使竊聽端的誤碼率以更大的概率接近于0.5,從而提高了通信系統(tǒng)的安全性。在此基礎(chǔ)上,提出了采用LT無比率編碼作為擾碼的方法。與隨機(jī)擾碼方法相比,LT編碼在保證安全性的前提下,在增加的碼長不超過原碼10%的情況下,可大大降低隨機(jī)擾碼的編碼復(fù)雜度,從而可更好的實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時(shí)傳輸。
【關(guān)鍵詞】：物理層安全 MIMO竊聽信道 安全容量 信噪一體化 隨機(jī)復(fù)數(shù)域編碼 擾碼
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN918
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-14
• 縮略語表14-16
• 第1章 緒論16-26
• 1.1 研究背景和意義16-17
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-23
• 1.2.1 MIMO系統(tǒng)中安全容量增強(qiáng)方法研究現(xiàn)狀17-20
• 1.2.2 安全編碼方法研究現(xiàn)狀20-23
• 1.3 本文研究內(nèi)容和章節(jié)安排23-26
• 第2章 MIMO竊聽信道安全容量計(jì)算方法26-44
• 2.1 不同信道下安全容量基本計(jì)算方法26-31
• 2.1.1 Wyner竊聽信道模型安全容量26-28
• 2.1.2 高斯竊聽信道模型安全容量28-29
• 2.1.3 瑞利衰落竊聽信道模型安全容量29-31
• 2.2 MIMO竊聽信道模型31-32
• 2.3 MIMO竊聽信道安全容量32-42
• 2.3.1 MIMOME安全容量計(jì)算公式32-33
• 2.3.2 GSVD方法計(jì)算MIMO竊聽信道安全容量33-35
• 2.3.3 采用二分法迭代近似MIMO竊聽信道安全容量算法35-38
• 2.3.4 采用泰勒級(jí)數(shù)計(jì)算MIMO竊聽信道安全容量38-40
• 2.3.5 MIMO竊聽信道安全容量性能仿真40-41
• 2.3.6 天線數(shù)與安全容量的關(guān)系41-42
• 2.4 安全性分析指標(biāo)42-43
• 2.5 本章小結(jié)43-44
• 第3章 MIMO竊聽信道信號(hào)噪聲一體化設(shè)計(jì)44-58
• 3.1 MISOSE信號(hào)噪聲一體化設(shè)計(jì)45-48
• 3.1.1 MISOSE基本模型45-46
• 3.1.2 MISOSE信號(hào)噪聲一體化設(shè)計(jì)46-47
• 3.1.3 仿真實(shí)驗(yàn)與性能分析47-48
• 3.2 MIMOME信號(hào)噪聲一體化設(shè)計(jì)48-56
• 3.2.1 MIMOME信號(hào)噪聲一體化設(shè)計(jì)48-52
• 3.2.2 仿真實(shí)驗(yàn)與性能分析52-56
• 3.3 本章小結(jié)56-58
• 第4章 隨機(jī)復(fù)數(shù)域安全編碼設(shè)計(jì)58-86
• 4.1 RCF編碼基本原理58-65
• 4.2 MIMO竊聽信道中RCF模型65-74
• 4.2.1 MIMO竊聽信道中RCF基本模型65-66
• 4.2.2 MIMO竊聽信道中RCF編碼設(shè)計(jì)66-68
• 4.2.3 空時(shí)編碼設(shè)計(jì)68-69
• 4.2.4 譯碼設(shè)計(jì)69-71
• 4.2.5 Eve端未知RCF編碼矩陣時(shí)性能仿真71-74
• 4.3 加入ISAN-RCF的MIMO竊聽信道模型74-84
• 4.3.1 MIMO竊聽信道中ISAN-RCF基本模型74-76
• 4.3.2 MIMO竊聽信道中ISAN-RCF預(yù)編碼設(shè)計(jì)76-78
• 4.3.3 ISAN-RCF方法性能仿真78-84
• 4.4 本章小結(jié)84-86
• 第5章 基于LT無比率的安全編碼設(shè)計(jì)86-108
• 5.1 基于擾碼的安全編碼系統(tǒng)模型86-87
• 5.2 隨機(jī)擾碼加LDPC安全預(yù)編碼設(shè)計(jì)87-95
• 5.2.1 隨機(jī)擾碼基本原理87-89
• 5.2.2 擾碼對(duì)接收誤碼率影響89-90
• 5.2.3 竊聽信道中的LDPC編碼設(shè)計(jì)90-93
• 5.2.4 基于隨機(jī)矩陣擾碼的LDPC安全編碼性能分析93-95
• 5.3 基于LT碼的擾碼設(shè)計(jì)95-107
• 5.3.1 魯棒孤子分布95-96
• 5.3.2 LT碼參數(shù)選擇96-102
• 5.3.3 LT安全編碼設(shè)計(jì)102-103
• 5.3.4 LT譯碼設(shè)計(jì)103-104
• 5.3.5 基于魯棒孤子分布擾碼的LDPC安全編碼性能分析104-106
• 5.3.6 擾碼復(fù)雜度分析106-107
• 5.4 本章小結(jié)107-108
• 第6章 總結(jié)與展望108-112
• 6.1 總結(jié)108-109
• 6.2 展望109-112
• 參考文獻(xiàn)112-126
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單126-128
• 致謝128-130
• 作者簡介130

  本文關(guān)鍵詞：多天線無線通信安全容量增強(qiáng)及編碼方法研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：259700