基于二维信息修正减小LDPC码安全间隙的译码算法

该文通过分析安全编码的原理推导了安全间隙约束条件下高斯窃听信道保密速率的计算方法,并根据置信传播(Belief Propagation,BP)译码算法及其改进算法,针对基于中短码长LDPC码所设计的安全编码提出一种2维信息修正的分类归一化最小和译码算法。该算法先将输入校验节点信息绝对值分成最小值和次小值两类,然后在译码初始化时利用概率统计理论分别推导出相应的最佳归一化因子对分类后的信息进行修正。仿真结果表明,该算法在高信噪比区域的译码性能高于BP算法和归一化最小和算法,低信噪比区域误比特率迅速逼近0.5,且能减小不同安全编码速率LDPC码的安全间隙,提高了保密信息安全传输的性能。

多载波系统随机子载波加权的物理层加密算法

针对多载波传输系统中,基于载波资源分配算法在窃听者信道质量优于合法用户的条件下无法实现安全传输的问题,建立了OFDM系统安全传输模型并在物理层提出了一种随机子载波加权的加密算法。该算法将合法通信双方的信道状态信息作为区分不同用户的唯一特征,并以此在发端为每个子载波数据设置随机加权因子扰乱窃听用户接收的信号,而合法用户能够通过发送参考解调算法恢复数据,仿真结果表明,发端采用该算法进行加密后,合法用户的误比特率随信噪比的增加迅速下降,而窃听用户误比特率始终为50%,系统具有一定的保密传输速率,有效实现了信息的安全传输。

多天线全双工中继辅助的异构蜂窝网物理层安全性能分析

针对随机异构网络频谱资源紧张及微基站层安全性能不足的问题,通过在微基站层引入多天线全双工中继辅助微基站用户通信,由此提高网络的整体安全性能。基于随机几何理论,构建针对该网络的安全性能分析模型,推导出了用户接入中继基站或宏基站、中继接入微基站的安全中断概率闭式表达式;基于此进一步给出了系统全局安全中断概率闭式表达式,以评估系统参数对其安全性的影响。仿真分析了宏基站功率和天线数、中继功率和天线数,以及两者的密度对网络安全性能的影响。仿真结果验证了引入多天线全双工中继能够提高所研究网络的安全性能。

基于冗余中继的协作通信网络安全传输

空间位置的不同是无线通信中区分不同用户的最重要特征,针对多点协作通信网络提出一种利用随机选择冗余中继转发信号的无线信道加密方法。该方法在中继节点空间位置固定的情况下,随机选取中继节点以达到信道加密的目的;同时通过调整中继节点发送信号的相位,使得发送信号的能量在合法用户处聚集。仿真结果表明,该无线信道加密方法在保证合法用户正常接收信号的情况下,大大降低了被非法用户截获的概率。

异构携能通信网络中人工噪声辅助的顽健能量与信息安全传输方案

异构携能通信网络中CSI存在随机误差时,为保证信息与能量传输的安全性及可靠性,提出一种人工噪声辅助的顽健能量与信息安全传输方案。通过联合设计宏基站、微基站的下行信息波束矩阵及人工噪声矩阵,使网络中其他用户信号及人工噪声能够干扰窃听者。同时提升系统能量的接收性能。考虑CSI随机误差,在基站的发送功率约束、合法用户的信息接收中断约束及窃听者的信息窃听中断约束下,以最大化系统能量接收性能为目标进行数学建模。建模后的问题是非凸的,首先将其等效转化为一种易于处理的形式;然后,分别利用Berstein-type不等式和Large-deviation不等式这2种方式将其中的中断概率约束转化为凸的线性矩阵不等式;最后结合二次等式引理及递归估计算法处理秩为1波束成形约束的非凸性。仿真结果表明,与对比方案相比,所提方案具有更高的系统能量接收性能和可行解性能,验证了其有效性和顽健性。

基于安全极化码的密钥协商方法

针对密钥协商过程中的信息泄露问题,该文综合考虑信息协商和隐私放大提出了基于安全极化码(SPC)的密钥协商方法,打通了从量化误比特率(QBER)条件到密钥中断概率(SKOP)需求的桥梁。首先,将QBER建模为加性高斯白噪声(AWGN)信道的传输误比特率(TBER),进而将QBER优势转化为AWGN信道优势;然后,利用高斯近似计算出各极化子信道的传输错误概率,并进一步推导出安全极化码的译码误比特率上下界;最后,根据密钥中断概率阈值利用遗传算法构造出合适的安全极化码实现密钥协商。仿真结果表明,该文所提的密钥协商方法能够满足设计的密钥中断概率需求,且具有比低密度奇偶校验(LDPC)码更高的密钥协商效率。

基于多随机信号流的密钥生成方案

基于随机信号流的密钥生成方案会在合法发送方发送随机信号时泄露部分共享随机源信息导致密钥安全性和可达密钥速率较低。针对此问题,该文提出一种基于多随机信号流的密钥生成方案。首先,发送方利用信道互易性和上行导频估计下行信道,然后发送方在各天线上发送相互独立的随机信号流。由于窃听者难以准确估计所有随机信号流,因此难以窃取接收方每根天线接收到的叠加随机信号,而发送方则可根据估计的下行信道和自身发送的随机信号流计算出接收方各天线的接收信号。因此,可以将接收天线上的叠加随机信号作为共享随机源提取密钥。进一步地,该文还推导了该方案的可达密钥速率和共享随机源的互信息量表达式,并分析了两者间的关系以及对密钥安全性的影响。最后,通过仿真验证了该方案的有效性,仿真结果表明该方案能够有效降低窃听者观察到的共享随机源互信息,从而提升可达密钥速率及密钥安全性。

γ约束均方误差下的无线信道加密方法

无线信道的开放性和电磁信号的广播特性对无线通信系统的安全提出了极大挑战.无线信道引入的安全问题还需要从无线信道本身加以根本解决.现有基于无线信道的物理层安全方法大多利用了多天线带来的空间冗余,无法应用于单天线点对点的场景.为此,本文首先提出了γ约束均方误差的概念,通过放宽授权用户的最佳线性接收条件在发送端引入预编码权值的冗余.在此基础上将物理层安全问题转变为发送信号随机化问题,并给出了具体分析和相应的理论推导.然后利用无线信道特征的短期可逆性、快速去相关性提出一种全新的物理层加密方法.分析和仿真结果表明,该方法在保证授权用户无条件正常接收的同时大大降低了信号被非法用户截获的概率.

四种超宽带扩频方案的电磁兼容性能研究

由于保护距离有限,在满足功率谱密度限制的条件下超宽带信号仍然可能对其它通信系统产生一定的干扰。该文在直接序列扩频、跳时扩频、跳频扩频和线性调频扩频4种超宽带扩频信号通过AWGN信道时,推导了在超宽带扩频信号干扰下未扩频的其它通信系统误比特率的通用表达式,并通过蒙特卡罗仿真验证了理论推导的正确性。同时还给出了超宽带扩频信号通过IEEE 802.15.3a CM4信道时的仿真结果。这些结论为超宽带系统的电磁兼容性能评价和扩频方案选择提供了重要参考。

基于空频联合加扰的物理层安全算法

当采用空域加扰实现物理层安全时,构造的多天线加权向量在合法信道上的投影具有恒模特性,窃听者能够利用这一特性截获私密信息。针对这一问题,该文设计了一种基于空频联合加扰的物理层安全算法。首先,在各个子载波上构造多天线随机加权向量,使构造的加权向量在合法信道上的投影均等于随OFDM符号快变的参考变量;然后,通过参考子载波的加权向量传递参考信息使得合法用户能够正确解调其余子载波的接收信号;而窃听者无法获得有用参考信息,从而无法解调接收信号。仿真结果表明当信噪比(SNR)达到10 dB时,合法用户的解调误比特率(BER)为510-,而窃听者无法利用盲均衡、类MUSIC等方法截获私密信息。

基于空域加扰信号超平面特征的窃密算法

针对现有空域加扰信号的截获算法抗噪性能差、计算复杂度高、无法实时处理的问题，从信号空间特征的角度，证明了窃听信号的星座点服从超平面分布。据此设计了一种基于超平面聚类的窃密算法，能够盲估计出超平面参数，且该参数与发送信息一一对应，从而破解信息。分析与仿真表明，该算法比现有的类子空间法（MUSIC-like）的抗噪声性能提升8~10 dB，计算复杂度低6~10个数量级。

多用户大规模MIMO自适应安全传输策略

大规模MIMO系统采用空分多址可以提高系统吞吐量,同时利用多用户下行信号的相互协作可以对窃听者造成叠加干扰,带来了天然的安全增益。但目前该系统的物理层安全研究仍采用传统的人工噪声方案,忽略了多用户信号干扰带来的安全增益,造成严重的功率浪费。针对这一问题,该文分析了多用户信号干扰对系统可达平均安全速率和平均安全能效的影响,给出了系统的最佳接入用户区间。研究发现,在系统接入用户数较少和用户数较多时,系统安全能力较弱,针对此分别提出了N波束加扰和基于用户位置的用户调度的自适应安全传输策略。最后通过仿真验证了理论推导和所提策略的有效性,利用该文所提策略,能够保证系统天然安全能力不足时的安全通信。

高斯Wiretap模型下基于部分陪集的无线物理层强安全编码

针对无线物理层安全编码不能保证信息在有噪信道下进行强安全传输的问题,该文提出一种基于部分陪集的强安全编码方法。首先证明了当且仅当陪集母码的对偶码的最小汉明距离大于信息泄露位数时,利用部分陪集编码能够保证信息的强安全传输;然后证明了陪集编码的一系列性质,基于这些性质可以将陪集间最小汉明距离计算降低为1次查表运算,进而设计了一种基于树形深度优先的最大可用陪集集合搜索算法;最后分析得出一些典型线性分组码的抗窃听信道信息泄露和抗合法信道传输噪声的能力,以及相应的最大可用陪集集合。当陪集母码为BCH(15,11)的对偶码时,与传统陪集编码方案相比,该方法对合法信道的信道质量要求降低了5 dB,同时能够保证信息传输的强安全性。

基于接收信号波形的密钥生成方案

传统基于信道参数的密钥生成方案在信道慢变条件下难以实现对密钥的及时更新。针对该问题,提出一种基于接收信号波形的密钥生成方案,利用发送方在测得信道的条件下,可以根据发送信号及信道参数计算出接收信号的特点,令合法通信双方从接收信号中提取密钥,使密钥在信道慢变条件下能够及时更新。同时通过在非最佳位置采样,人工引入码间串扰,使接收信号趋于高斯分布,扩大了密钥空间。仿真结果表明,在准静态及慢衰落两种慢变信道条件下,该方案性能优于传统基于信道参数的密钥生成方案。

利用信道衰落幅度差异隐藏私密信息的物理层安全编码方法

针对现有物理层安全编码方法对信道差异利用不充分导致安全间隙较大的问题,本文首先建立了衰落信道下的物理层安全传输模型;然后通过分析不同衰落幅度下私密信息的译码错误概率,给出了与信道衰落幅度特征相匹配的私密信息隐藏位置选取规则;最后结合私密信息置乱将译码残余比特错误扩散到整个码字中,进一步提高窃听者对私密信息的译码错误概率。仿真结果表明,该方法的安全间隙比直接传输和仅私密信息置乱的方法分别缩小了23.5d B和4.5d B。

无线通信发展范式与RIS的赋能作用

无线通信利用电磁波承载信息实现远距离通信,摆脱线缆束缚,推动世界经济发展和社会进步。无线通信发展范式是与无线通信技术演进相关的自然规律、理论基础和实践规范。回顾了已有无线通信发展范式的适用范围、关键技术等,并指出无论被动适应还是主动利用无线环境的发展范式均受到“空谱墙”的制约,对抗无线扰动的能力还处于“靠天吃饭”的阶段,没有从根本上改变受限于无线环境的状况,制约了无线通信服务能力的提升。针对这一瓶颈问题,提出“改造定制无线环境”的无线通信发展新范式,并探索了新范式的理论和智能超表面(RIS)赋能的实践规范。金梁,战略支援部队信息工程大学教授、博士生导师;主要研究领域为移动通信及无线内生安全;先后主持承担国家“863”计划重大项目、国家科技重大专项、国家自然科学基金、国家重点研发计划项目、装发预研等10余项,主持制定移动通信安全领域国家技术标准、国家军用标准各1项;获得国家科技进步奖一等奖1项、国家级教学成果奖一等奖1项、军队科技进步奖一等奖2项;发表论文150余篇,申请发明专利30余项,出版译著1部。

一种调制符号相位随机扰动的物理层安全方法

从信号调制的角度提出了一种调制符号相位随机扰动的物理层安全方法。该方法通过合法信道增益与随机扰动幅度的乘积,控制对调制符号的相位扰动范围,使得合法接收者在相位扰动下仍具有稳定的抗噪声性能,而窃听者由于窃听信道状态信息不同于合法信道,相位扰动更加剧烈,解调错误概率高于合法接收者。仿真结果表明:当窃听者未知合法信道状态信息时,文章方法相比直接传输的方法,安全间隙缩小了30.5d B;当窃听者能够获得合法信道相位信息时,文章方法仍能形成对窃听者接收性能的恶化,安全间隙缩小了11d B。

基于干扰温度的超宽带通信信道容量研究

分析了认知无线电中干扰温度的原理,并将其思想应用于超宽带通信。给出了接收机处干扰温度的影响因素,即通信距离越远,超宽带系统的中心频率越高,接收机处干扰温度越低;LOS信道下干扰温度一般高于AWGN信道,NLOS信道下干扰温度则远低于AWGN信道。建立了超宽带系统与其它通信系统共存的多模终端模型,仿真分析得出,当多模终端处的干扰温度较低时,超宽带系统受其它通信系统干扰时信道容量损失较大;当其它通信系统的带宽较宽或接收功率较低时,受超宽带系统干扰时信道容量损失也较大。在保证其它通信系统性能的前提下,得出了超宽带系统的最佳干扰温度和最大信道容量。

地震伤高钾血症骨折患者保肢的影响因素分析

目的:对地震伤高钾血症骨折患者的临床表现以及保肢情况进行相关性研究,探讨相应的救治方案,提高临床诊治水平。方法:对"5.12"汶川地震收治的37例高钾血症患者的临床表现及药物治疗、患肢切开减压、血液透析、截肢等治疗情况进行多因素Logistic回归分析。结果:37例高钾血症患者全部接受药物辅助治疗,单纯切开减压9例,单纯血液透析8例,切开减压合并血液透析20例。所有患者治疗后血钾浓度均恢复正常,血钾浓度由治疗前的(6.25±0.91)mmol/L降低为治疗后的(4.47±0.65)mmol/L(P<0.05)。5例患者进行了截肢术,均为GustiloIII开放性损伤,血钾浓度为(6.13±0.78)mmol/L,未截肢患者32例,血钾浓度为(6.25±0.31)mmol/L,二者比较差异没有统计学意义(P>0.05)。Logistic回归分析发现,影响保肢的因素有肢体受压时间、伤后开始血液透析时间以及伤后切开减压时间(OR值分别为4.394,3.793和5.432;P值分别为0.013,0.047和0.015)。结论:对地震伤高钾血症患者,缩短肢体受压时间、及时切开减压和血液透析治疗是降低血钾、保存肢体的重要因素。

基于信号传播特性的物理层密钥生成方案

传统基于接收信号强度的物理层密钥生成方案在窃听者靠近合法方时,合法方的密钥易被窃听者获取.针对该问题,在分析密钥误比特率的基础上,提出一种基于信号传播特性的物理层密钥生成方案.方案根据接收信号强度的实测样本估计大尺度衰落模型,提取出多径效应影响下的小尺度参数量化生成密钥.实验结果表明相比于传统方案,本方案在室内环境窃听距离大于0. 6倍波长以后,窃听方密钥误比特率大于0. 48;在室外环境窃听距离大于1倍波长后窃听方密钥误比特率为0. 47,实现了安全可靠的物理层密钥生成.