基于人工噪声辅助的D2D异构蜂窝安全通信方法

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。

基于信号对齐的动态人工噪声方法

传统物理层安全人工噪声方法无法带来合法用户可靠性增强.针对该问题,提出一种新型动态人工噪声生成方法,发送方利用噪声发送时权系数剩下的最后一个的自由度,来改变合法接收方收到的人工噪声的相位,使得噪声方向与瞬时信号方向对齐,以提升合法用户瞬时接收信噪比.首先给出了具体的实现方法,然后给出理论上相应的性能分析和复杂度分析.仿真结果表明在对窃听者造成同等干扰水平下该方法能够有效提升合法用户性能.

基于用户配合的全双工蜂窝系统保密传输方案

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。

基于协作波束成型的中继分组协作物理层安全方案

针对现有方法中第二跳中继转发信息容易被窃听的问题,提出一种基于协作波束成型的中继分组协作物理层安全方案。首先,利用发送—中继—接收的级联信道将中继分为协同干扰组和协同中继组。然后,两组中继分别利用噪声转发和译码转发策略,相互协作提高保密速率;最后,在总功率受限下,进行功率优化分配。仿真结果表明,该方法比参考的中继分组方法获得的保密速率高,并且随着转发功率的增加而提升;相同功率下该方法能获得0.6 bps/Hz的性能提升。因此该方案能够有效提升协作中继系统的安全性。

基于安全中断概率的D2D安全接入策略

针对D2D蜂窝系统通信安全性受资源限制的问题,考虑到蜂窝链路和D2D链路的同频干扰能够为两者带来安全增益,基于此,提出一种基于安全中断概率的D2D用户接入策略。首先理论分析了蜂窝用户和D2D用户的安全中断概率,并给出了基于安全中断概率最小化的D2D用户功率优化算法。在上述分析的基础上,选择安全中断概率最小的D2D用户接入复用蜂窝用户的无线资源,同时提高D2D通信链路和蜂窝上行链路的安全性。最后,仿真结果证明了所提算法的有效性。

基于安全保护域的增强型多点协作传输机制

现有针对异构蜂窝网多点协作安全传输的研究集中于增强主信道质量以提升安全性,然而多基站协作又使基站和窃听者之间的平均距离变近,网络的安全性受限于距离协作基站较近的窃听者。针对该问题,该文提出一种基于安全保护域的增强型多点协作传输机制。然后,理论分析了用户的连接中断概率、安全中断概率以及安全吞吐量。进一步,以最大化安全吞吐量为目标,优化协作微基站的发射功率以及有用信息功率分配比例系数。仿真结果表明,相比于传统的多点协作安全传输机制,在存在严重安全威胁(窃听者密度较大)的场景下,所提机制可以实现非零系统安全吞吐量;在存在较小安全威胁(窃听者密度较小)的场景下,系统安全吞吐量最大可提升76.1%。

基于空域干扰对齐的多用户安全度最大化算法

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。

基于链路间干扰辅助的中继D2D系统安全通信方法

在包含中继节点的D2D(Device-to-Device)系统中,针对蜂窝链路与D2D链路同时受窃听的问题,提出一种基于链路间干扰辅助的中继D2D系统安全通信方法.首先,确定蜂窝链路与D2D链路上下行发送模式;然后,在基站与中继节点的发送信号中添加人工噪声,协作干扰窃听者;最后,对基站功率分配与D2D功率控制进行了优化,以实现不同类型链路间干扰辅助保障系统安全.仿真结果表明,所提出的安全通信方法在保密速率方面比SVD(Singular Value Decomposition)与ZF(Zero-Forcing)预编码方法提高了1.5bit/s/Hz.

基于中继间干扰消除的轮流转发系统安全传输方案

针对轮流转发系统中非信任中继窃听的问题,提出一种基于中继间干扰消除的安全传输方案。首先,利用可信中继与非信任中继交替转发产生的中继间干扰,恶化非信任中继的窃听条件。然后,利用信号在时域上的相关性进行干扰迭代消除,完全消除合法用户处中继间干扰,提升合法用户接收信号质量。在此基础上,提出了以最小化窃听和容量为目标的快速功率分配算法。分析和仿真结果表明,方案在保障通信效率的同时抑制了非信任中继的窃听,在仿真条件下,系统的保密速率提升了至少2 bit·s-1·Hz-1。

基于基站干扰辅助的跨小区D2D系统安全通信方法

在包含跨小区D2D(device-to-device)用户的蜂窝系统中,针对蜂窝链路与D2D链路同时存在的被窃听问题,提出一种基于基站干扰辅助的跨小区D2D系统安全通信方法。首先采用小区间协作交换信息的方法,使相邻基站共同控制跨小区D2D用户的通信资源;其次采用小区间干扰消除技术避免相邻小区的蜂窝用户干扰D2D用户;然后在基站的发送信号中添加人工噪声,干扰窃听者;最后对基站功率分配与D2D功率控制进行了优化,以实现系统安全性能最优。仿真结果表明,所提出的安全通信方法在保密速率方面比SVD与ZF预编码方法提高了约1.3bit/s/Hz,能够同时保障D2D链路与蜂窝链路通信安全。