基于主轴投影的空域加扰信号窃密算法-论文.pdf

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1、第15卷第1期信息工程大学学报Vol_15NO．12Ol4年2月JournalofInformationEngineeringUniversityFeb．2014DOI：10．3969／j．issn．1671673．2014．01．012基于主轴投影的空域加扰信号窃密算法刘璐，金梁，黄开枝(周家数字交换系统_】_=程技术研究中心，河南郑州450002)摘要：针对现有的窃密算法计算复杂度高，抗噪性能差的问题，提出了一种基于主轴投影的窃密算法。首先证明了当窃听天线数大于或等于发送天线数时，空域加扰信号存在主轴方向。然后利用Fisher线性判别准则，求解

2、出加扰信号的主轴方向，沿该方向的投影能够在保留信息成分的同时抑制人工噪声，从而实现信息获取。理论分析与仿真结果表明，与现有的MUSIC—like窃密算法相比，主轴投影法的计算复杂度低5—8个数量级，抗噪声性提升6dB～10dB。关键词：无线物理层安全；人工噪声；空域加扰；信号盲估计中图分类号：TN918．82文献标识码：A文章编号：1671—0673(20l4)01．0062—06InterceptionAlgorithmforSpatialScramblingSignalsBasedonPrincipalProjectionLIULu，JINLi

3、ang，HUANGKai—zhi(NationalDigitalSwitchingSystemEngineering&TechnologicalR&DCenter，Zhengzhou450002，China)Abstract：Theexistingeavesdroppingmethodhashighcomplexityandpooranti—noiseperformance，whichmakesitunpractica1．Itisprovedthatthereceivingscramblingsignalshaveprincipaldirectio

4、nwhentheeavesdropperhasequalormoreantennasthanthetransmitter．TheprincipaldirectioncanbeevaluatedbytheFisherlineardiscriminantcriterion．Theartificialnoisecanbecancelledbypro—jectingthereceivingsignalsalongtheprincipaldirection，whiletheinformationcomponentsarestillmaintained，whi

5、chcanbeusedtodecodemessages．SimulationsshowthatthePrincipalProjectionalgorithmhasthebenefitsoflowercomplexityandbetteranti·-noiseperformancecomparedwithexist·-ingMUSIC—likealgorithms．Keywords：wirelessphysical-layersecurity；artificialnoise；spatialscrambling；signalblindestima—ti

6、on0引言自由空间的开放特性给无线通信提出了更高的保密要求。目前，无线通信的保密手段主要有3种，一是利用密钥体制，在协议栈的高层对数据进行加密；二是采用调频、扩频以及CDMA等技术在物理层对信号加密；三是利用无线信道的特性进行加密。同前两种保密体制相比，第3种加密方式利用了无线空谱资源⋯，能够达到更高的保密性，具有较大研究潜力和应用空间，近些年来得到了广泛的关注。收稿日期：2013_04-o4：修回日期：2013．10．16基金项目：国家863计划资助项目(2001AAI21071)；国家自然科学基金资助项目(61176108)作者简介：刘璐(19

7、88一)，男，硕士生，主要研究方向为无线物理层安全。第1期刘璐等：基于主轴投影的空域加扰信号窃密算法63文献[4]首先提出在窃密信道(wiretapchanne1)中，仅依靠物理层的编码即可实现保密通信，并且给出了保密容量的概念。文献[5]将这一结果推广到一般的高斯广播信道，并指出当窃听者的信道容量小于合法接收方的信道容量时，存在正的保密容量。然而实际中，窃听者的方位信息一般未知，无法判断其信道状态的优劣，若窃听者的信噪比高于接收用户，则无法保证通信的保密性。为了解决这一问题，文献[6—7]从不同的角度分别提出了多天线保密通信的新方法。这些方法的相

8、同点可以概括为：发送端在主信道方向上发送信息，同时在其零空间发送人工噪声。随机加入的噪声仅仅恶化窃听方信号的接收质量，而合