面向全雙工物理層安全的預編碼技術研究.pdf

1、近年來，為了實現更安全的信息傳輸和更高的頻譜資源利用率，面向全雙工(FD)物理層安全的預編碼技術被提出并研究。全雙工通信技術可實現同時同頻收發(fā)信息，基于物理層安全的預編碼技術主要利用無線信道的特性實現通信系統的安全性，所以系統的安全性與信道狀態(tài)信息(CSI)密切相關。在實際的通信系統中，很多原因都會造成非精確的CSI。在非精確CSI的情況下，非魯棒性預編碼方案很難滿足系統的安全性，因此研究非精確CSI下的魯棒性預編碼方案具有重要意義。本

2、文針對全雙工雙向安全傳輸模型，以保密傳輸為準則，優(yōu)化設計收發(fā)信機結構，探索在雙向全雙工傳輸模式下的物理層安全性能極限。具體研究內容如下：
　　(1)考慮在精確CSI信道條件下，針對傳統預編碼方案計算復雜度高的難題，本文提出了兩種低復雜度的預編碼方案。一種是首先根據子凸問題的對偶問題(DP)得到半閉合解，然后證明該算法的收斂性；另一種是首先采用迫零(ZF)算法消除自干擾，獲得次優(yōu)的預編碼方案。仿真表明，兩種全雙工預編碼方案性能遠優(yōu)于

3、半雙工的預編碼方案。
　　(2)考慮在有界CSI誤差模型下，設計具有對抗CSI誤差的魯棒性預編碼方案。由于魯棒保密傳輸容量的優(yōu)化問題均是非凸的，不易解決，本文提出了兩種魯棒性預編碼方案。當竊聽信道誤差為確定性有界 CSI誤差模型時，和竊聽信道協方差的誤差為確定性有界 CSI誤差模型時，本文通過轉化含有誤差的約束條件和凸差(DC)規(guī)劃將非凸問題轉為一系列凸優(yōu)化問題。仿真結果表明，兩種魯棒性預編碼算法均滿足收斂性；當信道存在誤差時，魯

4、棒性預編碼方案優(yōu)于非魯棒性預編碼方案。
　　(3)考慮在隨機 CSI誤差模型下，設計具有對抗隨機誤差的魯棒性預編碼方案?，F有隨機誤差模型通常假定精確已知誤差的分布函數，但在物理層安全應用中，該假設很難滿足。本文考慮了一種基于二階矩的統計 CSI誤差模型，該模型僅依賴于誤差均值和方差，無需已知完整的誤差分布函數，因而對誤差分布函數具有魯棒性。針對統計 CSI誤差模型，本文提出了三種魯棒性預編碼方案。當僅已知竊聽信道誤差的均值和方差，