MIMO安全通信系統(tǒng)中收發(fā)機算法設計.pdf

1、隨著無線通信的發(fā)展，人們對于通信的安全性提出了越來越高的要求。物理層安全技術(shù)作為傳統(tǒng)密碼加密技術(shù)的補充與升級，成為當下的研究熱點。目前，學者們主要考慮將波束成形、中繼和人工噪聲（AN)這三種技術(shù)應用在物理層安全的研究中。本文主要探索這三種物理層技術(shù)在具體系統(tǒng)下的聯(lián)合應用，針對不同的系統(tǒng)提出了有效的設計方案，以保障通信的安全性。
　　本研究介紹了物理層安全領(lǐng)域的研究背景和發(fā)展現(xiàn)狀，研究了信息安全理論原理、經(jīng)典竊聽信道模型和凸優(yōu)化的基

2、本知識，作為后續(xù)設計的理論基礎?？偨Y(jié)了目前波束成形、中繼和AN這三種物理層技術(shù)在安全通信方面的應用情況，提出了改進意見和進一步探索的方向。在此基礎上，針對兩種不同的多輸入多輸出（MIMO)系統(tǒng)，分別實現(xiàn)了波束成形技術(shù)和中繼、AN技術(shù)的聯(lián)合應用，提出了具體的設計方案。對于單用戶多竊聽者的MIMO協(xié)作中繼系統(tǒng)，以最大化合法接收者的信噪比(SNR)為目標，在滿足能量約束和一系列安全約束的條件下聯(lián)合設計波束成形向量和中繼放大轉(zhuǎn)發(fā)矩陣。針對合法信

3、道和竊聽信道都是理想信道狀態(tài)信息(CSI)的模型，提出了基于迭代優(yōu)化（AO)和轉(zhuǎn)換中繼（SR)的兩種算法。將這兩類算法推廣到了合法信道理想CSI而竊聽信道非理想CSI的情況，結(jié)合S-程序法完成了具有魯棒性的算法設計。此外，本文還探索了簡化的SR算法，給出了SR方案下置換矩陣碼本的設計方案，并對竊聽者模型進行了簡單的擴展。將所提出的算法與現(xiàn)有的基于半定松弛（SDR)的AO算法、零空間法、單獨優(yōu)化波束成形向量的算法以及單獨優(yōu)化中繼放大轉(zhuǎn)發(fā)矩

4、陣的算法進行對比，發(fā)現(xiàn)無論在竊聽信道理想CSI條件下還是非理想CSI條件下，提出的算法相對于現(xiàn)有的算法和單獨優(yōu)化一個變量的算法而言，都具有更好的SNR性能和更低的復雜度。對于多用戶多竊聽者的MIMO安全通信系統(tǒng)，考慮了兩種不同的假設：合法信道理想CSI、竊聽信道非理想CSI的情況；合法信道和竊聽信道均為非理想CSI的情況。以最大化合法用戶總速率為目標，聯(lián)合應用波束成形技術(shù)和AN技術(shù)，在滿足能量約束和竊聽概率約束的條件下，提出了具有魯棒性