基于空间调制技术的物理层安全传输方案研究

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1、分类号TN925密级公开UDC621.39学位论文编号D-10617-30852-(2016)-01027重庆邮电大学硕士学位论文中文题目基于空间调制技术的物理层安全传输方案研究英文题目ResearchonPhysical-LayerSchemesforSecureTransmissionBasedonSpatialModulationTechnology学号S130131033姓名兰顺福学位类别工程硕士学科专业电子与通信工程指导教师雷维嘉教授完成日期2016年4月10日重庆邮电大学硕士学位论文摘要摘

2、要随着移动通信技术的快速发展，无线通信中的安全问题变得越来越重要。传统的安全传输是在系统的上层协议栈中采用加密方法来实现，随着计算机技术的快速发展，其面临着越来越大的威胁。利用无线传输信道特性的物理层安全技术是另一种实现信息安全传输的有效手段。空间调制技术所具有的高能量效率和低检测复杂度等优点，使其有望成为第五代移动通信的候选技术之一。基于此，本文研究在多天线系统中采用空间调制技术实现物理层上的信息安全传输方案，本文的主要工作如下：1.研究在采用广义空移键控调制的多天线系统中，通过对发送信号进行预处理

3、的方式实现信息安全传输的方案。发送端利用合法接收者反馈的信道信息设计合理的预处理权重向量，对发送信号进行预处理，使合法接收者接收的来自各发射天线信号的相位对齐，以此增强信号；同时进行相位旋转来增加星座点间的距离，从而提高合法接收者的接收性能，降低误码率。而窃听者接收到的各信号的相位仍然为随机分布，接收性能明显低于合法接收者。对合法接收者和窃听者的误比特率和保密容量进行理论和仿真分析。理论和仿真的结果表明，所提方案能明显降低合法接收者的误比特率，即使在合法信道的质量比窃听信道质量更差的情况下，系统仍然能

4、实现保密传输。2.研究将空间调制技术与人工噪声相结合的安全传输方案。发送端利用空间调制和幅相调制信号来传递信息，同时利用未携带信息的天线发送人工噪声。对人工噪声进行设计，使其位于合法接收信道的零空间中，不对合法接收者的接收产生影响，但抑制了窃听者的接收性能。给出了保密容量的表达式，对消息信号和人工噪声两部分的功率分配因子进行了优化，并对误码性能进行了理论推导。仿真结果表明，合法接收者的误码性能明显优于窃听者，能获得可观的保密容量。关键词：物理层安全，空间调制，保密容量，人工噪声I重庆邮电大学硕士学位论

5、文AbstractAbstractWiththerapiddevelopmentofmobilecommunicationtechnology,thesecurityofwirelesscommunicationisbecomingmoreandmoreimportant.Thetraditionalsecuretransmissionisrealizedbyencryptionintheupperlayerprotocolstackofthesystem.However,itisfacedwitha

6、growingthreatwiththerapiddevelopmentofcomputertechnology.Thephysicallayersecuritytechnologythatusethecharacteristicsofwirelesstransmissionchannelisanothereffectivemethodtorealizethesecurityofinformationtransmission.Spatialmodulationtechnologyhastheadvan

7、tagesofhighenergyefficiencyandlowdetectioncomplexity,soitisexpectedtobeoneofthefifthgenerationmobilecommunicationtechnology.Thisthesisstudiestheapplicationofspatialmodulationtechnologyinthemulti-antennasystemtorealizetheinformationsecuritytransmissionin

8、thephysicallayer.Themainworkofthisthesisisasfollows:1.Inthemulti-antennasystembasedonthegeneralizedspaceshiftkeyingmodulation,theschemeofinformationsecuritytransmissionrealizedbythepretreatmentofthetransmittedsignalisresearched.T