物理层安全问题中的双向判别性信道估计算法研究

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1、工程硕士学位论文湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南

2、大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密□，在年解密后适用本授权书。2．不保密□。(请在以上相应方框内打“√”)作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日I物理层安全问题中的双向判别性信道估计算法研究摘要随着互联网与无线网络的广泛普及，日益发达的资讯时代便利了人们的生活，随之而来的网络安全问题也日益凸显，例如，通过窃听进行的恶意破坏给整个通信网络安全造成了严重的隐患。随着现代黑客的日益升级，传统的编码解码技

3、术并不能保证无线通信安全的万无一失，一旦密码被破解，不法恶意者便可不受限的攻击无线通信，损害合法用户的合法利益。作为新兴的替代技术，物理层安全技术利用物理层独特的传输特性，以信息论为理论基础，通过合理的发射训练设计可以实现理想的安全通信，即使是“暴力”的穷举方法也难以达到攻击效果。另外，作为现代无线通信系统中的关键技术之一，中继通信技术在未来通信中也会日益广泛，相应的，针对中继网络的通信安全问题也是亟待解决的安全关键技术之一。因此，物理层安全算法设计越来越受到业界的重视。本文的主要工作有：1)本文分别针对M

4、IMO通信系统以及MIMO协作通信系统设计了相应的用于判别性信道估计的双向训练策略。该策略总共分为两步：反向训练阶段以及前向训练阶段。在第一阶段中，合法接收机发送反向训练序列发送至发射机，发射机通过最小线性二乘法（LMMSE）以及接收到的信号进行合法信道的估计运算；第二阶段,发射机首先根据所估计的信道信息设计出含人工噪声的前向训练序列，接着，发射机发送前向训练序列至合法接收机。合法接收机利用接收信号以及LMMSE算法进行信道估计。因为无线广播的开放性，此阶段中窃听接收机也可利用接收的信号以及现有算法进行信道

5、估计；由于前向训练序列中附加有人工噪声，这一策略极大干扰了非法接收机的信道估计的准确性，但同时又能保证人工噪声对合法接收机信道估计产生微弱的影响。通过上述的两步训练法，实现了具有区别对待的判别性信道估计，由此从物理层面上保障了无线通信的通信安全。2)在双向训练策略中，为了实现判别性信道估计的最大化，提出了训练练序列功率与人工噪声功率之间的最优分配算法。具体的，就是在前向训练阶段中，发射机对估计出的信道信息进行扰动性分析，推导得到合法以及非法接收机的信道估计精度误差统计特征参数，考虑在发射功率一定的约束条件下

6、，利用获取的统计特性建立起最优化模型，进而求解获得最优的功率分配方案。一系列仿真实验结果进一步地验证了所提出的双向训练策略的有效性。关键词：无线网络;物理层安全;MIMO系统;双向训练信道估计;协作中继II工程硕士学位论文AbstractEavesdroppinghasbecomeapotentialsecuritythreatinthewirelesscommunicationduetotheincreasinglydevelopedinformationtechniques,especiallyasth

7、epopularusageoftheinternetandwirelessnetworks.Traditionalencodinganddecodingmethodscannotguaranteetheperfectsecurityofwirelesscommunicationsoncethepasswordiscrackedbyanillegalattacker,whichsurelywoulddamagethebenefitofthelegaluser.Asanalternativetechnique,

8、theemergingsecuritymethodfromthephysicallayertriestoensureaperfectsecurityviaexploitingtheuniquefeatureofthelegitimatechannelinformation.Physicallayersecuritymethodshaveasolidfoundationbasedontheinformationth