基于人工噪聲的物理層保密性能研究.pdf

1、無線通信系統中的傳輸媒介具有廣播特性，合法用戶之間的信息傳遞過程存在被非法用戶竊聽的問題，因此如何保證無線通信系統的安全性已成為無線通信領域亟待解決的問題之一。物理層安全技術是利用物理信道特性保證無線通信系統保密性的有效手段，與傳統的以密碼學為基礎的保密通信不同，物理層安全技術不需要在網絡上層進行數據加密。如何利用物理層傳輸技術保證竊聽者接收不到有用信息來提高無線通信系統的保密性能，是當前無線通信研究的熱點問題。波束成形技術和人工噪聲技

2、術是保證物理層安全，實現保密通信的兩種重要方法。本文針對有保密需求的MISO系統和協作中繼系統兩個場景，研究了如何提高兩個系統的保密性能的問題，提出了利用人工噪聲技術來降低保密中斷概率，提高保密容量的方法。論文的主要工作和創(chuàng)新點總結如下:
　　(1)針對MISO系統中存在多個被動竊聽器，且竊聽器的位置是服從泊松分布的場景，研究了利用人工噪聲技術提升MISO系統的保密性能的問題。在所研究的MISO場景中，針對竊聽器的位置和信道狀態(tài)信

3、息都不可知的情況，提出了采用保密中斷概率作為衡量保密性能指標的方法。通過在發(fā)送端引入人工噪聲技術和波束成形技術，有效地降低了通信系統的保密中斷概率。在人工噪聲的設計過程中，通過對多天線陣列權重的設計，使人工噪聲位于主信道的零空間，在不干擾合法目的接收端的情況下，對服從泊松分布的竊聽器進行干擾。采用隨機幾何理論推導出了系統的保密中斷概率的閉式表達式，并在此基礎上，推導出了保密范圍的閉式表達式，從幾何空間的角度刻畫了保密性能，并通過仿真驗證

4、了所提出的方法的有效性。仿真結果表明，在波束成形技術的基礎上添加人工噪聲技術能夠有效地提高MISO系統的保密性能。
　　(2)針對協作中繼系統中存在單個竊聽用戶的場景，研究了最大化協作中繼系統保密容量的問題，提出了在協作通信兩個階段均引入人工噪聲技術的方案。在人工噪聲的設計過程中，協作通信的兩個階段采用不同的節(jié)點產生人工噪聲，第一階段利用目的接收端的天線產生人工噪聲，節(jié)省了額外的干擾中繼節(jié)點。第二階段利用中繼節(jié)點進行協作發(fā)送人工噪