无线中继系统物理层安全技术研究

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随着人们物质生活水平的提高,随时随地的高质量通信成为人们日常生活中的必需品,高速、稳定、安全的无线通信需求迫在眉睫,这对当前无线通信技术来说既是巨大的挑战也是难得的发展机遇。传统基于密钥体制的有线通信安全技术着重在网络层及其以上各层解决安全传输问题,面对日益强大的计算能力其不得不采取更高复杂度来换取相应的安全等级,而无线通信由于开放传输的特点比有线通信面临着更为严峻的安全挑战,这使得不依赖于计算复杂度的物理层安全(Physical Layer Security)传输技术成为当前无线通信领域的研究热点。本文主要针对无线中继系统中的物理层安全技术进行研究,首先研究了联合协作中继与干扰(Joint Cooperative Relaying and Jamming)的物理层安全传输策略设计,然后对存在非可信中继的传输场景进行了安全分析,并提出了基于天线阵列冗余(Antenna Array Redundancy)的中继传输策略。本文的主要研究成果总结如下:1)针对联合协作中继与干扰的物理层安全传输系统,本文提出了不依赖于窃听信道状态信息的中继分组策略和功率分配策略。首先,根据源节点到中继节点处的信道状况将中继节点分成协作中继组(Cooperative Relaying Group,CRG)和协作干扰组(Cooperative Jamming Group,CJG),然后在系统发射功率和中继节点数量的约束下,优化功率分配方案,较大程度提高了整个系统的保密容量(Secrecy Capacity),有效保护了保密信息传输的安全性,最后借助软件仿真验证了该传输策略的有效性。2)针对无线中继系统中可能存在非可信中继的问题,本文提出了基于天线阵列冗余的物理层安全中继传输策略,通过在源节点处随机选择发射天线发送保密信息,并利用波束成形(Beamforming)的思想设计发射天线加权向量,在随机化非可信中继和窃听节点信道状态的同时确保合法目的节点对保密信息的正常接收。仿真结果显示所提出的传输策略可以有效提高非可信中继和窃听节点接收信号的误码率,从而解决了无线中继系统中存在非可信中继的问题。
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