基于大规模MIMO的安全传输研究

• 作 者: 赵安琪
• 出 处: 北京邮电大学
• 发表日期: 2018年01期
• 关键词: 天线布局 天线选择 空间调制 信道容量 保密容量

由于无线信道具有广播特性,因此对于未来的无线技术而言,安全性和私密性是最值得关注的问题。虽然安全性通常是使用加密方法来解决的一个上层问题,但近年来物理层安全逐渐发展为一种有前途的防御手段,以实现通信中的保密传输,其中大规模MIMO技术在保证物理层安全方面有着很大的优势,因此,充分利用无线信道的特征来设计有效的安全传输策略,对未来无线通信技术的发展具有重要意义。论文主要工作及创新如下:1.研究了通过优化天线布局来优化安全容量的问题,提出了一种次优迭代优化算法,能对于限定空间的给出可以是保密容量最大的优化天线布局。该算法在每次迭代中,将多维问题简化为一维,大大降低了运算复杂度。论文结果表明,与常用的均匀布局相比,通过优化天线布局可以提升保密容量。2.研究了基于安全容量最佳的分组切换技术。分别就窃听者信道信息已知和未知的情形进行了仿真研究。结果表明,相比于随机选择天线子集,通过分组切换的方法选择发送天线可以有效改善信道容量及保密容量,在引入门限后还能大大降低切换次数,节省切换时间。3.针对独立大规模MIMO信道,研究了基于空间调制的安全传输的问题。论文考虑了三种不同的空间调制结合传统调制的传输方案,每种传输方案都分别研究了匹配滤波(MF)、迫零(ZF)及奇异值分解(SVD)预编码的情形,通过仿真得到了合法接收端与窃听端的误符率。4.结合天线选择技术、人工噪声和空间调制,提出了一种新的安全传输方法。分别针对独立及相关MIMO信道,通过仿真给出了所提方案的误符率性能,结果表明,所提方案与已有方案相比,能显著改善安全性能。