MIMO安全通信系統(tǒng)中收發(fā)機(jī)算法設(shè)計(jì).pdf

1、隨著無(wú)線通信的發(fā)展，人們對(duì)于通信的安全性提出了越來(lái)越高的要求。物理層安全技術(shù)作為傳統(tǒng)密碼加密技術(shù)的補(bǔ)充與升級(jí)，成為當(dāng)下的研究熱點(diǎn)。目前，學(xué)者們主要考慮將波束成形、中繼和人工噪聲（AN)這三種技術(shù)應(yīng)用在物理層安全的研究中。本文主要探索這三種物理層技術(shù)在具體系統(tǒng)下的聯(lián)合應(yīng)用，針對(duì)不同的系統(tǒng)提出了有效的設(shè)計(jì)方案，以保障通信的安全性。
　　本研究介紹了物理層安全領(lǐng)域的研究背景和發(fā)展現(xiàn)狀，研究了信息安全理論原理、經(jīng)典竊聽(tīng)信道模型和凸優(yōu)化的基

2、本知識(shí)，作為后續(xù)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)?？偨Y(jié)了目前波束成形、中繼和AN這三種物理層技術(shù)在安全通信方面的應(yīng)用情況，提出了改進(jìn)意見(jiàn)和進(jìn)一步探索的方向。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)兩種不同的多輸入多輸出（MIMO)系統(tǒng)，分別實(shí)現(xiàn)了波束成形技術(shù)和中繼、AN技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，提出了具體的設(shè)計(jì)方案。對(duì)于單用戶多竊聽(tīng)者的MIMO協(xié)作中繼系統(tǒng)，以最大化合法接收者的信噪比(SNR)為目標(biāo)，在滿足能量約束和一系列安全約束的條件下聯(lián)合設(shè)計(jì)波束成形向量和中繼放大轉(zhuǎn)發(fā)矩陣。針對(duì)合法信

3、道和竊聽(tīng)信道都是理想信道狀態(tài)信息(CSI)的模型，提出了基于迭代優(yōu)化（AO)和轉(zhuǎn)換中繼（SR)的兩種算法。將這兩類(lèi)算法推廣到了合法信道理想CSI而竊聽(tīng)信道非理想CSI的情況，結(jié)合S-程序法完成了具有魯棒性的算法設(shè)計(jì)。此外，本文還探索了簡(jiǎn)化的SR算法，給出了SR方案下置換矩陣碼本的設(shè)計(jì)方案，并對(duì)竊聽(tīng)者模型進(jìn)行了簡(jiǎn)單的擴(kuò)展。將所提出的算法與現(xiàn)有的基于半定松弛（SDR)的AO算法、零空間法、單獨(dú)優(yōu)化波束成形向量的算法以及單獨(dú)優(yōu)化中繼放大轉(zhuǎn)發(fā)矩

4、陣的算法進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)無(wú)論在竊聽(tīng)信道理想CSI條件下還是非理想CSI條件下，提出的算法相對(duì)于現(xiàn)有的算法和單獨(dú)優(yōu)化一個(gè)變量的算法而言，都具有更好的SNR性能和更低的復(fù)雜度。對(duì)于多用戶多竊聽(tīng)者的MIMO安全通信系統(tǒng)，考慮了兩種不同的假設(shè)：合法信道理想CSI、竊聽(tīng)信道非理想CSI的情況；合法信道和竊聽(tīng)信道均為非理想CSI的情況。以最大化合法用戶總速率為目標(biāo)，聯(lián)合應(yīng)用波束成形技術(shù)和AN技術(shù)，在滿足能量約束和竊聽(tīng)概率約束的條件下，提出了具有魯棒性