信源在中繼信道中安全傳輸的容量問題研究

《信源在中繼信道中安全傳輸的容量問題研究》是依託河海大學，由鄧志祥擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：信源在中繼信道中安全傳輸的容量問題研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：鄧志祥
• 依託單位：河海大學

項目摘要

從資訊理論角度刻畫信源安全傳輸的容量極限，是無線網路信息安全傳輸效能得以充分發揮的關鍵。信源在中繼信道中安全傳輸的通信模型，完美地表征了無線網路中分散式信源-信道編碼、協作通信和物理層安全等特徵。然而，因信源信息對各類節點的保密性需求不同、節點邊信息統計特性和信道傳輸特性的差異，難以構造統一的信源-信道編碼方案和中繼協作策略，致使刻畫確切的容量-疑義度區域非常困難。為此，本項目以相關信源在中繼信道中的安全傳輸為背景，針對三種典型的傳輸模型，從資訊理論角度研究節點邊信息的統計特性、信源間的相關性、信道傳輸的隨機性等因素對信源壓縮碼率和安全速率的影響，構建信源-信道編碼方案和中繼協作策略，建立容量-疑義度區域外界的求解方法，刻畫容量-疑義度區域的一般性內界和外界，並試圖得到節點邊信息和信道特性滿足特定條件時容量-疑義度區域的確切表示。本項研究可為無線網路中設計安全的傳輸方案提供理論依據和參考。

結題摘要

從資訊理論角度刻畫信道安全傳輸的容量極限從理論上證明了無線信道安全傳輸性能的極限，針對無線信道特徵和不同通信場景最佳化收發器的設計是實際通信系統能夠達到或接近信息安全傳輸極限重要措施之一。為此，本項目首先研究了雙向髒紙中繼信道的容量區域，針對信道中節點具有不同的邊信息的三種不同情況，基於晶格碼和計算-轉發中繼策略，分刻畫了容量區域的內界，並證明了所得到的容量區域內界與割集外界間的間隙為一常數。其次，研究了無線攜能安全通信最優收發器的設計，針對外部竊聽節點被動竊聽信息和主動攻擊兩種情況，建立了能量波束成形向量、信息波束向量等參數在內的聯合最佳化模型，通過半定鬆弛等方法將非凸的最佳化問題轉換為凸最佳化問題進行求解，並設計了相應的最佳化算法，給出了收發器最優設計方案，通過數值仿真驗證了最佳化方案的有效性。同時，將機器學習方法套用到無線安全通信物理層最佳化設計中。針對中繼-竊聽信道中如何選擇最優中繼節點以保證最大的信息安全傳輸速率，將中繼選擇問題建模為多分類問題，提出了一種基於深度神經網路的中繼選擇方案，該方案能夠得到傳統最優中繼選擇方案接近的性能，但與傳統中繼選擇方案相比，其僅需一半的通信反饋開銷。最後，針對多用戶干擾信道傳送節點的功率分配問題，提出了一種基於遞歸神經網路的功率分配方法，該方案不僅以相當低的複雜度實現了與傳統的基於加權最小均方誤差算法的功率分配方案幾乎相近的加權和速率，並且以較少模型參數開銷獲得了比基於深度神經網路的功率分配方案更高的系統和速率。本項目的研究成果可以為無線網路設計最優的傳輸方案提供一定的理論參考和套用借鑑。