摘要：针对协方差信道状态信息(Channel State Information,CSI)不理想导致的通信系统安全性能恶化问题,该文提出一种鲁棒的人工噪声辅助的物理层安全发送方法。该方法基于非理想的协方差信道信息,对发送者的波束成形向量及人工噪声协方差进行联合优化设计,从而最大化系统的最差情况安全速率(Worst-Case Secrecy Rate,WCSR)。该功率受限的安全速率最大化问题是非凸的,采用半定松弛(Semi Definite Relaxation,SDR)技术和Lagrange对偶理论将其转化为一系列的半定规划(Semi Definite Program,SDP)问题进行求解。仿真结果表明,与现有方案相比,所提方法的安全性能有了明显的提升。

摘要：针对放大转发中继系统中转发信息易被窃听者截获的问题,提出了在中继节点处采用人工噪声辅助的安全波束成形方法。该方法以系统的安全速率最大化(SRM,secrecy rate maximization)为目标,在中继节点的总功率和单个天线功率受限情况下,联合设计最优的中继波束成形矩阵和人工噪声协方差矩阵。由于该SRM问题非凸,设计了双层优化算法,其中采用一维搜索解决外层优化问题,采用半定松弛及内点法解决内层优化问题。理论推导证明,内层优化问题总存在秩为1的最优解,即所采用的松弛技术是紧的。仿真结果表明所提的方法可以显著提高系统的安全性能。

摘要：针对D2D通信安全性受资源限制问题,提出一种基于人工噪声辅助的D2D异构蜂窝安全通信方法。首先建立系统可达保密速率模型,然后在基站的蜂窝通信信号中添加人工噪声,以最大化系统保密速率为目标设计蜂窝用户期望信号与人工噪声的波束矢量。同时,基于公平性约束提出一种基站功率分配、期望信号预编码向量以及D2D功率控制的联合优化算法。仿真结果表明,相比于传统的SVD预编码法和ZF方法,此方法下系统可达保密速率最高提升约2.7 bit·s-1·Hz-1。

摘要：针对物联网无线携能通信系统中能量输送和信息传输的差异性需求,提出了一种"信息-能量"动态切换的机会安全传输方案。首先,考虑多小区、多用户、多窃听者的时域切换型携能通信网络模型,发送端根据信道状态在能量输送与信息传输之间动态切换,改变了传统能量输送与信息传输的固定分配方案,从而满足能量输送和信息传输的差异性需求。在此基础上,综合分析了能量传输和信息传输的性能,包括能量传输的稳定性和效率以及在窃听者独立窃听、联合窃听场景下信息传输的可靠性和安全性。然后,分析了切换门限对系统性能的影响,并在能量约束条件下,为兼顾系统安全性和可靠性,设计了最大化保密吞吐量的切换门限优化算法。最后,仿真证明了所提方案的有效性。

摘要：针对多用户多输入单输出(MISO,multiple-input single-output)干扰信道中保密信息泄露问题,提出了理想信道状态信息(CSI,channel state information)下的安全协同波束成形(SCB,secure coordinated beamforming)方案和非理想CSI下的顽健安全协同波束成形(RSCB,robust secure coordinated beamforming)方案。对于理想CSI情况,联合设计最优的协同波束成形向量,最大化最小安全速率。采用半定松弛(SDR,semidefinite relaxation)技术和连续的凸估计(SCA,successive convex approximation)算法得到原始非凸问题的局部最优解。进一步,将该框架扩展到信道向量和信道协方差矩阵存在确定误差的情况,提出的RSCB方案能够最大化最差情况的安全速率。仿真结果验证了所提方案的有效性和顽健性。

摘要：全双工人工噪声机制在干扰功率持续增加时性能提升受限,并且损失了双工增益。针对上述2个问题,提出一种基于用户配合的全双工蜂窝系统保密传输方案,半双工的用户上行发送的同时,与其配合的用户可以进行下行发送。蜂窝基站使用全双工技术实现配合用户的干扰消除,并且采用部分功率发送人工噪声干扰窃听者。在此基础上以最大化系统保密速率为目标,设计下行用户期望信号矢量与人工噪声波束矢量;并且利用一维线性搜索获得最优功率配比。仿真结果表明,参考RS-ref方法和HD方法,所提方法能获得的系统保密速率呈线性增长,并且能够获得全双工增益。

摘要：在一个三节点MIMO窃听网络中,针对窃听方发送恶意导频干扰,提出了一种基于分段导频发送和人工噪声的物理层安全传输方案。首先将导频发送长度分为n段,合法接收方只选取其中的m段发送导频信号。发送方利用n-m段接收信号获取窃听信道的近似估计,并用其消除m段信道估计中的窃听信道部分。然后,发送方设计预编码矩阵并同时发送信号和人工噪声,实现信号的安全传输。仿真表明,当干扰功率为100 mW时,所提方案下的安全速率平均提高了1.34 bit/s/Hz。

摘要：针对双向多天线中继系统中存在多个单天线窃听者的场景,在保证两个源节点安全速率情况下,提出了两种中继节点发送功率最小化方案:人工噪声辅助的波束成形(artificial noise aided beamforming,ANAB)方案和零空间波束成形(null space beamforming,NSB)方案。ANAB采用半定松弛(semidefinite relaxation,SDR)技术和连续的凸估计(successive convex approximation,SCA)算法,得到局部最优的波束成形和人工噪声协方差矩阵。考虑到中继节点的天线个数大于窃听节点个数,设计了低复杂度NSB方案,在等效窃听信道矩阵的零空间中发送保密信息,通过求解一个SDP问题得到波束成形解。仿真结果表明,所提的安全发送方法可以有效地降低中继节点的发送功率。

摘要：为了解决蜂窝上行链路通信安全受限于资源不足的问题,提出一种基于双层蜂窝协作的物理层安全通信方法,通过双层网络间的上下行配合,借助于人工噪声,在保证己方网络用户下行安全的同时,提升另一层网络用户的上行安全速率;以最大化系统安全速率为目标,设计用户期望信号与人工噪声的波束矢量;最后提出一种宏基站功率分配、信号预编码设计和小基站上行链路功率控制联合优化算法。仿真结果表明,文章方法所能获得的系统保密速率呈现出稳定增长,且性能优于迫零算法(ZF)方法,最高可达44%的提升。

摘要：现有的保密自由度衡量多用户高斯干扰信道系统安全性能时在低信噪比域受限。针对该问题,定义安全度的概念,即期望用户与窃听用户信干噪比的比率,安全度越大,安全性越强;该定义能够全面衡量不同信噪比时系统性能;在此基础上提出一种多用户干扰信道下基于空域干扰对齐的安全度最大化算法:首先设计发送预编码矩阵,保证期望用户处干扰对齐,窃听用户处信号对齐;然后以最大化安全度为目标优化设计期望用户的干扰抑制矩阵。仿真结果表明:当信噪比为15d B时,文章方法比参考的人工噪声算法所能获得的安全度提高了10个单位。