无线传输安全的信息理论分析

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在信息爆炸的大数据时代,数据传输对无线通信的依赖愈来愈强。但是由于无线通信的广播特性及开放特性,使其所发送的数据很容易被非目的接收者截获,导致重要信息泄露,所以在无线通信领域实现机密消息的安全传输极具价值和挑战。物理层安全技术不同于传统的安全加密技术,它立足于信息理论框架,利用物理传输介质固有的随机性和合法信道与窃听信道之间的差异性,保证信息安全传输,它可以提供不依赖于计算复杂度的“绝对安全”。因此,物理层安全传输技术引起了学术界与工业界的广泛关注。现在大多数的物理层安全研究是针对窃听信道模型展开的,但是在实际的无线网络场景中,有时候没有外部窃听者存在,而是存在一些不可信的节点会窃取信息。本文便是基于网络中存在不可信节点的系统模型展开研究的,具体研究内容如下:(1)研究了 2用户高斯(M,D)MIMO非满秩干扰信道模型的安全性能。与前人研究的不同,该模型不再假设系统中的信道矩阵是满秩的,本文给出了对应的安全自由度的准确表达式。利用信息论的相关知识证明了安全自由度的上界,通过空间对齐、迫零等技术设计出了可达的传输方案。(2)研究了一般化的高斯MIMO非满秩干扰信道模型的安全性能。在研究内容一取得阶段性成果的基础上,将其模型配置更一般化。假设系统中的每个信道矩阵的秩可以取不同的值,且给出了对应的安全自由度区域。并且准确的给出了2用户高斯(M,D1,D2)MIMO非满秩干扰信道模型对应的安全自由度的准确表达式,给出了安全自由度的上界证明及可达方案。(3)研究了协作干扰者辅助下的高斯MIMO干扰信道的安全性能。与前面研究内容不同的是,该系统模型中存在一个外部协作者,可以发送协作干扰信号来提升系统的安全自由度。本文给出了对应系统的安全自由度表达式,并且给出了相应的上界证明及可达方案。最后,通过数值结果仿真来直观说明协作者天线数对系统安全自由度的影响。
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