下行通信链路中的隐蔽通信技术研究

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随着第五代移动通信技术(5th generation mobile networks,5G)和物联网(Internet of things,Io T)的实现,人们越来越依赖无线设备来传输安全和隐私信息,因此无线通信的安全性和保密性也受到人们的广泛关注。隐蔽通信,即对窃听者隐瞒了通信传输存在性的通信,又名低检测概率(low probability of detection,LPD)通信,它作为一种新的传输技术出现,用以解决无线网络中的安全和隐私问题。因其不仅保护通信的内容,而且可以隐藏无线传输的存在性,故隐蔽通信可以实现更加强大的安全性和保密性。本文主要针对下行通信链路中的隐蔽通信技术展开了研究,首先介绍了隐蔽通信的三节点基本模型,然后给出了隐蔽系统的性能指标,并对监测者的检测方法进行了说明,最后讨论了两种不同通信场景下所提系统模型的隐蔽性能,具体内容如下:(1)为了突破平方根法则下隐蔽通信容量渐近为零的理论限制,实现正的隐蔽通信速率,研究了人工噪声辅助下的多天线隐蔽通信技术。为了混淆监测端的检测,工作在全双工模式下的接收端会在接收信息的同时,向外发送一人工噪声干扰信号。首先针对多天线的发送端,提出了两种分别基于发射天线选择(transmitting antenna selection,TAS)和最大比值传输(maximum ratio transmitting,MRT)的隐蔽传输方案。其次通过对该系统进行理论分析,分别得到了两种方案下监测端的检测错误概率。为了不失一般性,假设监测端的检测性能最优,并给出了可使其检测错误概率最小的检测门限值,即最优门限值。最后计算了此系统的连接概率和隐蔽吞吐量,并在满足系统隐蔽条件的前提下,通过联合优化信息传输速率和人工噪声功率,该隐蔽通信系统的吞吐量可取到其最大值,且相较于MRT,发送端采用TAS传输隐蔽信息时,系统隐蔽性能更好。(2)针对合法接收端间的信息隐蔽问题,提出了一个两用户的下行隐蔽通信模型,并对该系统的隐蔽性能进行了详细的分析。所提模型是由一个基站和两个合法用户(Bob和Carol)组成的,基站在给两用户发送一共享消息的同时,会在某一时隙单独给Bob发送一秘密消息,且不希望被Carol检测到。首先考虑Carol的最优检测性能,提出了两种基于TAS的传输方案,分别记作TAS-I和TAS-II,并给出了两种方案下Carol的最小检测错误概率及最优检测门限值。然后在满足系统隐蔽性约束的前提下,又计算了系统的隐蔽吞吐量,且通过所提优化方案可最大化系统的隐蔽吞吐量。最后通过数值仿真证明所提系统确可实现隐蔽通信,且方案TAS-I下的系统性能要明显优于方案TAS-II下的系统性能。图19幅,参考文献91篇。
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