基于多径信道能量随机动态打散的隐蔽无线通信方案

为应对无线通信中的未知非法检测威胁,该文提出一种随机跳径隐蔽通信方案,实现了信号能量在多径上随机动态打散。首先,基于我方多径信道信息设计了隐蔽传输策略,并构建了敌方检测模型。接着,通过引入相关性纠偏因子,分别推导了所提方案、选最强径方案和经典最大比发送方案的敌方平均接收信噪比(SNR)闭式表达式,并基于曲线拟合的方法计算了我方最小平均隐蔽概率,完成了隐蔽性能定性和定量评估。然后,推导了我方平均接收信噪比闭式解,分析了系统速率性能。仿真实验表明,所提方案不仅在未知敌方任何信息的一般情形下具有隐蔽性能优势,而且在敌方抵近我方的极端情形下可以最大程度地解决隐蔽通信失效问题。

基于符号选择性传输的隐蔽通信方案

传统跳时通信侧重于增强信号的抗干扰与抗截获能力,对信号隐蔽性能研究较少。随着非法方信号检测时间颗粒度越来越精细,提升合法信号的隐蔽能力显得尤为重要。针对以上问题,提出一种基于符号选择性传输的隐蔽通信方案,通过细化发送时间颗粒度,在随机选择的单个时隙内随机选择不同符号周期进行信息传输,使得非法方对检测窗口内的通信时间和接收功率具有不确定性,从而发生检测错误。在三节点隐蔽场景下,推导了隐蔽概率下界闭式表达式,并进一步分析了最大隐蔽速率与最优发送功率的定量关系。仿真结果表明,与随机选择时隙的隐蔽通信方案相比,所提方案在隐蔽概率和隐蔽速率上分别具有25%和20%的性能提升。

噪声不确定时基于波束成形的隐蔽无线通信性能分析

为了在噪声不确定时实现瑞利衰落环境下的隐蔽无线通信,采用基于复高斯随机编码和波束成形的下行隐蔽无线通信方案,重点分析了隐蔽无线通信性能。首先,利用假设检验理论分析基于该方案通信的隐蔽概率;然后,给出并证明非法检测方的最优检测门限,并进一步得到系统的平均隐蔽概率、连接中断概率和隐蔽吞吐量闭式表达式;最后,通过联合设计发射功率和目标隐蔽速率,实现系统最大隐蔽吞吐量的优化目标,并给出了基于分步搜索的相应求解算法。仿真结果表明,波束成形技术能够为隐蔽无线通信带来一定增益;与考虑合法接收方不受噪声不确定影响的理想情形相比,考虑合法接收方非理想情形时的隐蔽吞吐量有明显下降,几乎不受环境基本噪声水平的影响。

隐蔽无线通信综述

在一些高安全等级的无线通信场景中,隐蔽无线通信能够通过抵御第三方非法检测以构筑无线通信的首道安全防线。首先阐述了隐蔽无线通信的基础理论;其次,按5个方向对该领域的系统研究成果进行了分类介绍,重点论述研究现状的同时,指出了仍待解决的研究问题;然后,对隐蔽无线通信技术在一些特殊场景中的应用进行了归纳和分析;最后,指出了隐蔽无线通信研究正面临的挑战以及潜在的研究方向。

基于无线信道差异的隐蔽通信

本文在背景噪声存在不确定性的无线通信中,研究对于监控方检测最有利条件下的单向隐蔽通信问题。首先,根据接收方检测能力存在极限的事实,利用信道预编码保证在接收方处汇聚的信号功率超过其检测阈值,同时保证在监控方处弥散的信号功率低于检测阈值,进而实现基于信道差异的隐蔽通信。其次,本文推导了平均遍历隐蔽通信速率的闭式解。理论分析和仿真结果表明,虽然在对于监控方检测最有利的场景中,噪声不确定性对隐蔽通信有负面作用,但是通过增加天线数量依旧可以达到正的隐蔽通信速率。

基于3D波束成形的隐蔽无线通信威胁区域构建

为了实时且直观地评估当前隐蔽无线通信系统所面临的未知非法检测威胁,本文首次定义了隐蔽威胁区域并设计了相应轻量级算法.首先,在莱斯衰落信道和噪声不确定条件下构建了基于3D波束成形的下行隐蔽无线通信系统模型,分析了敌方最优检测性能,推导了系统最小平均隐蔽概率;然后,给出了通信速率及连接中断概率闭式表达式,求解了给定敌方位置时的系统最大化隐蔽吞吐量优化问题;最后,针对实际通信场景中无法获知敌方位置或分布规律的情形,定义了系统隐蔽威胁区域这一新的性能指标,并设计了相应轻量级算法.仿真结果验证了系统的隐蔽性能、总体性能,以及所提算法性能,揭示了背景噪声、信道环境、天线构造和系统要求等主要参数对隐蔽威胁区域的影响.

ASIC芯片上的载波恢复DSP算法设计与实现

随着以华为领跑的通信设备不断普及,我国已成为世界上最大的芯片及光器件消费国,然而,高端光传输芯片技术仍基本被美日等企业垄断.对于高速光通信而言,光数字信号处理(DSP)芯片是其"心脏",往往基于专用集成电路(ASIC)实现.研究了ASIC芯片上的载波恢复(CR)算法设计,分别从性能导向、资源导向以及综合权衡性能和资源三个方面,探索了具体场景下算法与芯片的最优工程优化设计.问题一本质是设计适应16QAM调制下光通信特性的CR算法.相较于传统通信手段,光通信下色散、相噪对载波相位影响不容忽视.从帧结构、导频段相位估计、数据段相位估计、处理并行度等方面设计CR算法.推导简化工程参数设计方法,辅助设计满足系统指标的帧长、导频配置图案等;然后构建了一套联合估计算法,先用数据辅助粗估计、线性插值粗补偿,最后用VVPE算法跟踪相噪的算法流程,并仿真验证了算法性能,所需导频开销小,复杂度低.问题二进一步针对色散、线宽、帧结构可变的情况下的CR算法设计进行讨论.三类参数相互耦合,直接理论推导闭式解是困难的.因此采用仿真加拟合逼近等方式挖掘内在关系.首先仿真获得不同色散下满足RSNR代价所需最小导频开销情况,并定性获得色散对于导频开销影响较小;然后,针对线宽、帧长、导频长度的可变性,采用交替分析方式,首先以线宽乘以帧长为自变量,分析其与RSNR的关系,拟合表明其存在指数关系,进一步针对导频长度,拟合获得倒数关系表达式,最后获得RSNR代价和帧长、线宽、导频长度的定量表达式,同时仿真验证了理论正确性,为后续可变场景提供指导.针对问题三,出于对硬件实现中定点位宽的设置以及硬件资源的开销的考虑,我们首先对各个CR算法所使用的模块进行了描述,并对模块内部的基本操作进行了优化设计,随后结合定点位宽的设置对其消耗的硬件资源进行了分析.最终通过仿真确定了所提的3种算法在不同帧长、导频长度以及数据和计算位宽条件下的硬件资源开销及系统性能,发现两者之间确实存在可以优化的空间,为资源和性能的联合优化提供支撑.进一步针对问题四,我们首先构建了考虑系统通信可靠性、有效性以及资源开销的综合代价函数,并基于代价函数确定了自动化选取方案的目标函数及约束条件;最后,所提出的方案通过设定场景、确定参数范围以及仿真搜索三个步骤,获得当前环境中最优的CR算法及帧长、导频长度、数据和计算位宽,从而实现了自动优化位宽和实现性设计.同时在最后针对所得到的结果进行了分析,给出了在特定场景下选取算法及参数的标准,为芯片的设计提供指导.