基于可重构智能表面的信息调制与空分多址

为了减小当前大规模天线系统中高射频成本和高功耗带来的发展限制,将可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface,RIS)技术引入新型发射机设计中,提出了一种基于可重构智能表面的信息调制与空分多址方案。通过控制RIS反射系数实现信息的调制,同时形成指向多个用户包含不同信息的空间波束,实现多用户空分多址,具有低硬件复杂度、低成本、低功耗、易集成等优点。以双用户双流发送为例,基于二进制粒子群算法给出了方案的具体实现,并进行了仿真评估。仿真结果表明,该方案能完成面向双用户的双流信号同时同频的2幅移键控(Amplitude Shift Keying,ASK)调制,并通过空分多址发送给两个用户。

基于RIS多径随机叠加的物理层密钥生成方案

在静态场景下,多径相位和幅度变化缓慢,基于无线信道特征的物理层密钥速率低,难以满足高速数据业务下的通信安全需求。为此,提出了一种基于RIS多径随机叠加的物理层密钥生成方案。首先,收发双方利用RIS天线的实时可控和方向图的捷变特性,通过空间多径的功率谱特性分离多径;然后,在信道相干时间内多次改变空间多径的功率分配,构造等效快变信道,提高密钥源的随机性;最后,通过量化、协商、隐私放大等操作生成一致的安全密钥。仿真结果表明,与现有基于RIS天线的物理层密钥生成方案相比,所提方案一方面通过发掘信道的多径特征提高了信源熵;另一方面通过多径上的功率分配提高了信源的随机性,为密钥速率带来了一定的增益。

室内可见光MIMO信道的空间相关性分析

该文针对室内可见光多输入多输出(MIMO)信道的空间相关性展开研究,基于朗伯辐射模型,建立了室内可见光MIMO信道模型;并基于该模型,分析了发送与接收空间相关性与空间距离参数的关系,给出了发送与接收相关系数的表达式,为室内可见光MIMO通信系统的布设提供了理论指导;信道矩阵条件数仿真验证了信道空间相关性随发光二极管(LED)间距的减小而增大、随光电检测器(PD)间距的减小而增大、随LED到PD垂直距离的增大而增大;信道容量仿真得出,随着LED与PD数量的增加,信道容量逐步提高,但随着信道空间相关性的增强,信道容量的提高逐步减小。

面向物联网多跳中继系统的协作密钥生成方法

针对物联网多跳中继系统中密钥生成方法速率低的问题,提出一种基于网络编码的协作密钥生成方法。在各节点完成信道估计后,中继节点采用安全网络编码技术辅助通信双方获取相同信道的估计值,同时辅助信息不泄露该信道的任何信息,最后通信双方直接在公共信道上协商得到相同的密钥。理论分析和仿真结果表明,该方法可以有效地提高可达密钥速率,同时增加传输路径,选取跳数少、信道变化大的传输路径,可以进一步提高可达密钥速率。

多天线系统中面向物理层安全的极化编码方法

该文提出一种基于多输入信道最大容量差映射的极化安全编码方法,通过适当降低信道极化速度达到提高安全传输速率的目的。首先,利用信道极化结构,将极化后的逻辑信道按信道质量划分为好信道与差信道两类;然后,通过具体的逻辑信道删除率迭代分析,提出一种能够有效提升差逻辑信道容量并降低好逻辑信道容量的最大容量差信道映射方法,达到降低信道极化速度的目的;最后,利用加权修正合法信道与窃听信道最大容量差映射结果,实现多输入信道下的极化安全编码。仿真结果表明,在极化阶数n=9的二进制删除信道下,所提方法相比随机映射与Arikan方法,安全传输速率分别由0.029,0.004提升到了0.042,并且所提方法同样适用于衰落信道场景。

面向物联网准静态信道的中继协作密钥生成方法

针对物联网准静态信道下密钥生成速率低的问题,该文提出一种基于中继节点协作的密钥生成方法。首先,通信双方通过信道估计获得直达信道和部分中继信道信息;然后,中继节点采用网络编码技术参与协作,使得通信双方获取全部中继信道信息;最后,通信双方在直达信道上进行密钥协商,利用直达信道信息、中继信道信息与协商信息共同生成相同的密钥。安全性分析表明该方法能够提高可达密钥速率,并且随着信噪比的提高,可达密钥速率呈线性增长,趋于最优值。蒙特卡洛仿真验证了理论分析的结果,并得出了增加中继节点数量、选取信道变化幅度大的中继节点,可以进一步提高可达密钥速率。

准静态场景下基于智能超表面的密钥生成方法

针对物联网准静态场景中信道变化缓慢、密钥速率低的问题,提出了一种基于智能超表面(RIS,reconfigurable intelligent surface)的密钥生成方法。首先,利用RIS的捷变特性构造快速变化的信道;然后,基站(BS,base station)与合法用户通过信道估计、量化、信息协商等步骤从信道信息中提取对称密钥;最后,对相干时间内密钥生成和数据传输进行最优时间分配,实现最大传输速率的“一次一密”。仿真结果表明,所提方法的密钥速率高于现有的中继辅助、随机信号流和随机数方法,并且随着RIS反射单元个数和相干时间内信道估计次数的增加,密钥速率有进一步的提高。

基于极化码的无协商密钥物理层安全传输方案

针对现有的密钥生成方案需要在通信流程中增加额外的密钥协商协议,导致在5G等标准通信系统中应用受限的问题,该文提出一种基于极化码的无协商密钥物理层安全传输方案。首先基于信道特征提取未协商的物理层密钥,然后针对物理信道与密钥加密信道共同构成的等效信道设计极化码,最后利用未协商的物理层密钥对编码后的序列进行简单的模二加加密后传输。该方案通过针对性设计的极化码纠正密钥差异和噪声引起的比特错误,实现可靠的安全传输。仿真表明,该文基于等效信道设计的极化码在保证合法双方以最优的码率可靠传输的同时可以防止窃听者窃听,实现了安全与通信的一体化。