相关主窃信道安全波束成形及合作干扰方法研究
发布时间：2023-06-01 18:13
无线通信由于广播特性而面临着严重的安全威胁。物理层安全技术通过探索物理层传输介质的随机特性并使用合适的编码和信号处理技术,能够保证目的节点以较低的计算复杂度对接收信号进行解码获取保密信息,而窃听节点无法解码任何保密信息。随着5G及空天地一体化通信网络的快速发展,主窃信道之间存在相关性的情形是不可避免的。主窃信道之间的相关性会减小目的节点和窃听节点处接收信号的质量差异,这无疑会造成通信系统保密性能的下降。而现有的波束成形和合作干扰方案几乎都基于主窃信道相互独立的前提,该前提的局限性会导致在相关主窃信道的情形下无法获得足够理想的保密性能。本文重点研究了相关主窃信道下人工噪声(Artificial Noise,AN)辅助的波束成形和合作干扰技术,并对合法信道状态信息(Legitimate Channel State Information,LCSI)完整和不完整两种情况进行了不同的探讨,旨在减少主窃信道之间相关性造成的保密损失,获得比现有AN辅助的波束成形和合作干扰方案更好的保密性能,以应对无线通信网络中存在的安全威胁。为了加强相关主窃信道的保密性能,本文建立了相关主窃信道模型并对其进行了理...
【文章页数】：163 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要缩略语
第1章 绪论
1.1 课题来源及研究的目的和意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 研究的目的和意义
1.2 物理层安全及其研究现状
1.2.1 物理层安全概述
1.2.2 安全波束成形和合作干扰技术
1.2.3 相关主窃信道下的物理层安全技术研究现状
1.3 现有物理层安全研究面临的新问题和解决思路
1.4 论文的研究内容与组织结构
第2章 相关主窃信道建模及其理论分析
2.1 引言
2.2 相关SISO窃听信道模型
2.3 相关SISO窃听信道模型的验证
2.4 相关MISO窃听信道模型
2.5 相关MISO窃听信道下的合作干扰模型
2.6 SINR的累计概率密度函数
2.7 本章小结
第3章 LCSI完整时基于相关性的波束成形方法
3.1 引言
3.2 保密速率最大化问题
3.3 问题解决
3.3.1 范数边界法
3.3.2 范数边界法的复杂度分析
3.3.3 伯恩不等式法
3.3.4 伯恩不等式法的复杂度分析
3.4 波束成形矢量的恢复和可实现的保密速率
3.5 拓展至多天线窃听节点场景
3.6 性能分析与仿真结果
3.6.1 功率相关系数期望值对保密性能的影响
3.6.2 发射功率对保密性能的影响
3.6.3 保密中断概率对保密性能的影响
3.6.4 Eve的数量对保密性能的影响
3.7 本章小结
第4章 LCSI完整时基于相关性的合作干扰方法
4.1 引言
4.2 保密速率最大化问题
4.3 问题解决
4.3.1 范数边界法
4.3.2 范数边界法的复杂度分析
4.3.3 伯恩不等式法
4.3.4 伯恩不等式法的复杂度分析
4.4 波束成形矢量的恢复和可实现的保密速率
4.5 拓展至多天线窃听节点场景
4.6 性能分析与仿真结果
4.6.1 功率相关系数期望值对保密性能的影响
4.6.2 保密中断概率对保密性能的影响
4.6.3 Alice的发射功率对保密性能的影响
4.6.4 Jammer的发射功率对保密性能的影响
4.6.5 Eve的数量对保密性能的影响
4.7 本章小结
第5章 LCSI不完整时基于相关性的波束成形方法
5.1 引言
5.2 SINR-OP限制下的优化问题
5.2.1 优化设计Ⅰ:目的中断SINR的最大化
5.2.2 优化设计Ⅱ:窃听中断SINR的最小化
5.2.3 优化设计Ⅲ:松弛保密速率的最大化
5.3 优化设计Ⅰ:目的中断SINR的最大化
5.3.1 范数边界法
5.3.2 范数边界法的复杂度分析
5.3.3 伯恩不等式法
5.3.4 伯恩不等式法的复杂度分析
5.4 优化设计Ⅱ:窃听中断SINR的最小化
5.4.1 范数边界法
5.4.2 范数边界法的复杂度分析
5.4.3 伯恩不等式法
5.4.4 伯恩不等式法的复杂度分析
5.5 优化设计Ⅲ:松弛保密速率的最大化
5.5.1 范数边界法
5.5.2 范数边界法的复杂度分析
5.5.3 伯恩不等式法
5.5.4 伯恩不等式法的复杂度分析
5.6 性能分析与仿真结果
5.6.1 功率相关系数期望值对保密性能的影响
5.6.2 LCSI误差对保密性能的影响
5.6.3 窃听SINR-OP对保密性能的影响
5.6.4 发射功率对保密性能的影响
5.6.5 Eve的数量对保密性能的影响
5.7 本章小结
第6章 LCSI不完整时基于相关性的合作干扰方法
6.1 引言
6.2 SINR-OP限制下的优化问题
6.2.1 优化设计Ⅰ:目的中断SINR的最大化
6.2.2 优化设计Ⅱ:窃听中断SINR的最小化
6.2.3 优化设计Ⅲ:松弛保密速率的最大化
6.3 优化设计Ⅰ:目的中断SINR的最大化
6.3.1 范数边界法
6.3.2 范数边界法的复杂度分析
6.3.3 伯恩不等式法
6.3.4 伯恩不等式法的复杂度分析
6.4 优化设计Ⅱ:窃听中断SINR的最小化
6.4.1 范数边界法
6.4.2 范数边界法的复杂度分析
6.4.3 伯恩不等式法
6.4.4 伯恩不等式法的复杂度分析
6.5 优化设计Ⅲ:松弛保密速率的最大化
6.5.1 范数边界法
6.5.2 范数边界法的复杂度分析
6.5.3 伯恩不等式法
6.5.4 伯恩不等式法的复杂度分析
6.6 性能分析与仿真结果
6.6.1 功率相关系数期望值对保密性能的影响
6.6.2 LCSI误差对保密性能的影响
6.6.3 窃听SINR-OP对保密性能的影响
6.6.4 Alice处的发射功率对保密性能的影响
6.6.5 Jammer处的发射功率对保密性能的影响
6.6.6 Eve的数量对保密性能的影响
6.7 本章小结
结论
参考文献
附录A S-procedure
附录B 伯恩不等式法
攻读博士学位期间发表的论文及其他成果
致谢
个人简历
本文编号：3826777
【文章页数】：163 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要缩略语
第1章 绪论
1.1 课题来源及研究的目的和意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 研究的目的和意义
1.2 物理层安全及其研究现状
1.2.1 物理层安全概述
1.2.2 安全波束成形和合作干扰技术
1.2.3 相关主窃信道下的物理层安全技术研究现状
1.3 现有物理层安全研究面临的新问题和解决思路
1.4 论文的研究内容与组织结构
第2章 相关主窃信道建模及其理论分析
2.1 引言
2.2 相关SISO窃听信道模型
2.3 相关SISO窃听信道模型的验证
2.4 相关MISO窃听信道模型
2.5 相关MISO窃听信道下的合作干扰模型
2.6 SINR的累计概率密度函数
2.7 本章小结
第3章 LCSI完整时基于相关性的波束成形方法
3.1 引言
3.2 保密速率最大化问题
3.3 问题解决
3.3.1 范数边界法
3.3.2 范数边界法的复杂度分析
3.3.3 伯恩不等式法
3.3.4 伯恩不等式法的复杂度分析
3.4 波束成形矢量的恢复和可实现的保密速率
3.5 拓展至多天线窃听节点场景
3.6 性能分析与仿真结果
3.6.1 功率相关系数期望值对保密性能的影响
3.6.2 发射功率对保密性能的影响
3.6.3 保密中断概率对保密性能的影响
3.6.4 Eve的数量对保密性能的影响
3.7 本章小结
第4章 LCSI完整时基于相关性的合作干扰方法
4.1 引言
4.2 保密速率最大化问题
4.3 问题解决
4.3.1 范数边界法
4.3.2 范数边界法的复杂度分析
4.3.3 伯恩不等式法
4.3.4 伯恩不等式法的复杂度分析
4.4 波束成形矢量的恢复和可实现的保密速率
4.5 拓展至多天线窃听节点场景
4.6 性能分析与仿真结果
4.6.1 功率相关系数期望值对保密性能的影响
4.6.2 保密中断概率对保密性能的影响
4.6.3 Alice的发射功率对保密性能的影响
4.6.4 Jammer的发射功率对保密性能的影响
4.6.5 Eve的数量对保密性能的影响
4.7 本章小结
第5章 LCSI不完整时基于相关性的波束成形方法
5.1 引言
5.2 SINR-OP限制下的优化问题
5.2.1 优化设计Ⅰ:目的中断SINR的最大化
5.2.2 优化设计Ⅱ:窃听中断SINR的最小化
5.2.3 优化设计Ⅲ:松弛保密速率的最大化
5.3 优化设计Ⅰ:目的中断SINR的最大化
5.3.1 范数边界法
5.3.2 范数边界法的复杂度分析
5.3.3 伯恩不等式法
5.3.4 伯恩不等式法的复杂度分析
5.4 优化设计Ⅱ:窃听中断SINR的最小化
5.4.1 范数边界法
5.4.2 范数边界法的复杂度分析
5.4.3 伯恩不等式法
5.4.4 伯恩不等式法的复杂度分析
5.5 优化设计Ⅲ:松弛保密速率的最大化
5.5.1 范数边界法
5.5.2 范数边界法的复杂度分析
5.5.3 伯恩不等式法
5.5.4 伯恩不等式法的复杂度分析
5.6 性能分析与仿真结果
5.6.1 功率相关系数期望值对保密性能的影响
5.6.2 LCSI误差对保密性能的影响
5.6.3 窃听SINR-OP对保密性能的影响
5.6.4 发射功率对保密性能的影响
5.6.5 Eve的数量对保密性能的影响
5.7 本章小结
第6章 LCSI不完整时基于相关性的合作干扰方法
6.1 引言
6.2 SINR-OP限制下的优化问题
6.2.1 优化设计Ⅰ:目的中断SINR的最大化
6.2.2 优化设计Ⅱ:窃听中断SINR的最小化
6.2.3 优化设计Ⅲ:松弛保密速率的最大化
6.3 优化设计Ⅰ:目的中断SINR的最大化
6.3.1 范数边界法
6.3.2 范数边界法的复杂度分析
6.3.3 伯恩不等式法
6.3.4 伯恩不等式法的复杂度分析
6.4 优化设计Ⅱ:窃听中断SINR的最小化
6.4.1 范数边界法
6.4.2 范数边界法的复杂度分析
6.4.3 伯恩不等式法
6.4.4 伯恩不等式法的复杂度分析
6.5 优化设计Ⅲ:松弛保密速率的最大化
6.5.1 范数边界法
6.5.2 范数边界法的复杂度分析
6.5.3 伯恩不等式法
6.5.4 伯恩不等式法的复杂度分析
6.6 性能分析与仿真结果
6.6.1 功率相关系数期望值对保密性能的影响
6.6.2 LCSI误差对保密性能的影响
6.6.3 窃听SINR-OP对保密性能的影响
6.6.4 Alice处的发射功率对保密性能的影响
6.6.5 Jammer处的发射功率对保密性能的影响
6.6.6 Eve的数量对保密性能的影响
6.7 本章小结
结论
参考文献
附录A S-procedure
附录B 伯恩不等式法
攻读博士学位期间发表的论文及其他成果
致谢
个人简历
本文编号：3826777
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/xinxigongchenglunwen/3826777.html
