论文部分内容阅读
无线物理层安全传输技术利用物理层特性来设计有效的安全传输策略,为解决通信安全问题提供了一种新的思路,具有广阔的应用前景与研究价值。人工噪声辅助策略是物理层安全传输中的重要方法,这种策略不需要窃听信道的先验信息,因而受到了广泛关注。 人工噪声辅助策略实现的性能好坏依赖于发送端获取合法信道的信道状态信息(ChannelStateInformation,CSI)精确度,发送端获取CSI的一种实用方法是有限反馈技术。简单高效的CSI反馈策略是物理层安全传输技术实用化的关键。本文针对人工噪声辅助策略中的CSI反馈技术展开研究,旨在分析有限反馈对人工噪声策略安全性能的影响、设计一套有效的有限反馈协议、搭建一个基于有限反馈和人工噪声辅助的实用化物理层安全传输系统。 首先,论文总结了CSI反馈技术的研究现状,阐述了有限反馈的基本原理,分析了非理想信道反馈对人工噪声辅助策略安全性能的影响。 其次,论文研究了基于随机矢量量化(RandomVectorQuantization,RVQ)码本反馈下的反馈比特数问题。利用RVQ码本量化误差的统计特性,推导出基于RVQ码本反馈下多输入单输出(Multiple-Input-Single-Output,MISO)系统采用人工噪声策略时的遍历保密容量损失上限,依据此上限求得满足一定遍历保密容量损失的最小反馈比特数,提出了一种反馈比特数调整策略。仿真验证了所提出的反馈比特数调整策略的正确性。为保持恒定的遍历保密容量损失,反馈比特数应随对数信噪比及(Nt-1)线性变化(Nt为发送天线数)。现有研究没有考虑低信噪比的情况,而本文提出的方法适用于各种信噪比情况,是对现有研究的修正和完善。 再次,论文研究了非理想信道估计与码本反馈对人工噪声策略安全性的影响。在信道估计误差与码本量化误差的联合作用下,推导出了系统遍历保密容量下限的闭合表达式,并进行了仿真验证。进一步,基于推导的遍历保密容量下限,求得信号与人工噪声最优功率分配因子的一个次优解。仿真表明,当按照本文推导的次优解进行功率分配时,系统能达到较好的安全性能。在码本反馈下,随着信噪比的增大,最优功率分配因子呈先下降再上升的趋势;并且反馈比特数越大,最优功率分配因子越接近理想反馈下的情况。 最后,根据系统性能指标要求,设计了一套基于有限反馈和人工噪声辅助安全传输系统。在充分理解有限反馈协议对系统安全性能影响的基础上,合理设计了码本、反馈比特数、导频序列长度等。基于有限反馈协议下突发通信模式的特点,本文合理设计了同步算法,并搭建了仿真平台。仿真表明,本文设计的基于有限反馈和人工噪声辅助传输算法可以严重恶化窃听者的接收性能,同时保证合法接收者有较好的接收性能,可以提供一定的安全性。