基于跳空加扰的无线保密通信技术研究

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现有无线物理层安全传输技术利用多天线,通过发送人工噪声或天线阵列随机加权,使合法接收者的接收信号稳定,窃听者的接收信号受到随机干扰,实现低截获概率。但是,由于人工噪声和随机加权受合法接收信号稳定条件的约束,现有技术仍然存在的问题为:人工噪声方法和天线阵列随机加权方法产生的人工干扰,始终位于合法信道的零空间内,合法信道方向上的保密信号未被干扰,多天线窃听者可以从多次的接收信号中将保密信号和人工干扰分开实现窃听。针对上述问题,本文从随机变换合法信道零空间和人工干扰保密信号两个方面,研究基于跳空加扰的无线保密通信技术。跳空通信技术作为一种物理层安全传输技术,利用无线信道的空域特征,通过预处理随机化各天线上的发送信号,使空间信道中不同传输路径上的信号快速跳变,以防止窃听。本文的主要工作如下:1.提出一种基于接收天线随机切换的物理层安全跳空方法。发送者根据跳空图样随机选择合法接收者的一根天线利用零空间人工噪声的方法发送保密信号,由于不同时刻发送者选择的天线不同,则人工噪声所处的零空间随机变化。合法接收者根据跳空图样选择相应的天线接收信号,而窃听者无法从接收信号中分离人工噪声和保密信号。仿真结果表明:接收者能够正常解调,并实现了低截获概率,在BPSK调制下窃听者误码率接近0.5;系统可达保密速率实现非负。2.提出一种基于信号子空间人工噪声的物理层安全跳空方法。该方法随机选择信号子空间传输保密信号,并将人工噪声加入其中对保密信号产生随机干扰。合法接收者根据跳空图样选择信号子空间接收保密信号,并利用约定的人工噪声信息去除保密信号上叠加的人工噪声。窃听者未知跳空图样和人工噪声信息,无法找到信号子空间和去除保密信号中的人工噪声。仿真结果表明:接收者SNR损失小于3dB,在QPSK调制下窃听者误符号率接近0.75。3.提出一种基于天线阵列随机加权的物理层安全跳空方法。发送者利用各分量相互独立的随机向量对保密符号加权发送,实现空间中不同位置的接收信号相位和幅度随机变化。接收者根据跳空图样对接收信号加权恢复出稳定信号,而窃听者的接收信号随机快变无法解调保密信息。对跳空图样泄漏情况,对加权后的信号叠加与加权向量正交的人工噪声防止窃听。仿真结果表明:接收者不受随机干扰影响,窃听者误码率接近0.5。
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