基於協作轉發和協作干擾的物理層安全技術研究

《基於協作轉發和協作干擾的物理層安全技術研究》是依託北京郵電大學，由龍航擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於協作轉發和協作干擾的物理層安全技術研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：龍航
• 依託單位：北京郵電大學

項目摘要

安全性是衡量通信系統質量的重要指標之一，而無線通信系統的開放性和移動性等特徵為其安全性帶來了巨大的挑戰。近年來，物理層傳輸技術的發展和無線傳播信道的唯一性和互易性等特徵推動了物理層安全技術研究的發展，使其逐漸成為研究界的熱點問題。其中，協作干擾技術的提出是物理層安全技術研究中的一大突破，將干擾這一消極因素變為積極因素，豐富了通信實體的行為。另一方面，協作通信在過去的十數年間取得了長足的發展。本項目將研究協作通信和物理層安全技術的結合，研究以系統保密容量為設計和最佳化目標的協作中繼和協作干擾技術，提出協作節點的中繼/干擾自適應角色選擇方案設計，提升無線協作通信系統的保密容量。此外，現實系統中較難獲得完美的與竊聽節點相關的信道狀態信息，因此，本項目將重點研究部分信道狀態信息下的協作中繼和協作干擾方案設計。

結題摘要

近年來，物理層安全技術成為研究界的熱點問題，而協作干擾技術的提出是其研究中的一大突破。另一方面，協作通信技術在過去的十幾年間經歷了迅速的發展。本課題結合了協作通信技術和物理層安全技術的優勢，研究以系統保密容量為最佳化目標的協作中繼和協作干擾技術。並考慮現實通信系統中的合理化假設，研究基於非完美信道狀態信息的物理層安全技術方案設計。 本課題的研究內容可以歸納為以下幾個方面： 1. 提出了單向多中繼竊聽系統中基於部分信道狀態信息的協作中繼技術方案。在現實通信系統中，中繼節點獲取與竊聽節點相關的完整的信道狀態信息是很困難的。研究了3種部分信道狀態信息的可能，分別提出了相應的協作中繼技術方案。 2. 提出了雙向單中繼竊聽系統中的協作中繼技術和協作干擾技術方案。本課題假設了多種雙向中繼竊聽系統模型，包括3節點和4節點雙向中繼系統，雙向傳輸協定包含3階段協定和4階段傳輸協定。針對協作干擾信號也進行了不同的假設，包含代表理想情況的源節點已知協作干擾信號和代表現實情況的源節點相互不知協作干擾信號。針對節點的天線數量，考慮了所有節點單天線，源節點多天線中繼節點單天線和所有節點多天線等多種情況。關於信道狀態信息獲取程度，包含理想信道狀態信息假設和部分信道狀態信息假設。在上述各種不同系統中，基於不同條件假設，提出了多種協作干擾技術方案，有效提升了系統保密容量，在某些極端場景下實現了安全通信的可能。 3. 在4節點雙向中繼竊聽系統中，當所有節點均有多天線，假設在合法節點完全沒有竊聽節點的任何信道狀態信息時，提出了另一種物理層安全的提升方法，即通過設計源節點的預編碼矢量，提高等效竊聽信道的條件數，破壞竊聽節點的接收性能，為物理層安全技術開闢了新的思路。 課題執行過程中共發表論文17篇，其中SCI5篇，申請專利3項。