基于压缩感知的无线协作物理层安全通信理论与方法研究

Wireless physical layer security has been obtained more attention as people more and more concern with the information security in recent years. Cooperative communication is a realizable security technology because it can break through the channel condition limitation when the relay improves the main channel condition by forwarding the received information. However, the eavesdropper channel condition generally can not to be obtained easily because the eavesdropper position is usually uncertain. So, investigating the physical layer security technology under blind eavesdropper channel condition is more practicable. .We investigate the physical layer security technology under blind eavesdropper channel condition based on cooperative communication. We introduce the compressed sensing into physical layer security of wireless cooperative communication. Through setting up the sensing matrix model and constructing the physical layer security performance evaluation system, we obtain theoretical and practical techniques in wireless physical layer security under blind eavesdropper channel condition. And also finding the control mechanism for security stability is very necessary. All the results will be verified by the experimental system testbed.

随着人们越来越重视信息的安全性，基于无线信道特性的物理层安全传输技术近年来受到广泛关注。通过中继节点的协作以改善合法信道质量，使得协作通信的物理层安全可以突破信道条件制约，成为可实现的物理层安全技术。而窃听节点的不确定性使得窃听信道信息在实际环境下不易获得，所以研究盲窃听信道信息下的协作物理层安全技术具有更广阔应用前景。.本项研究以物理层安全技术为背景，以协作通信为基础，研究盲窃听信道信息下的协作物理层安全通信问题。本项研究拟探索将压缩感知理论引入无线协作物理层安全通信，通过构建反映协作与压缩关系的测量矩阵模型；建立基于重构性能的物理层安全性能评价体系；寻找可实现安全稳定性的控制方法，获得盲窃听信道信息下的协作物理层安全通信理论与方法。并对理论和技术进行实验验证和完善。

随着无线通信技术的快速发展，信息传输的安全性受到很大挑战，基于无线信道特性的物理层安全传输技术可以实现高安全性传输，但是存在信道条件制约。协作物理层安全通信可以突破信道条件制约，成为可实现的物理层安全技术。而窃听节点的不确定性使得窃听信道信息在实际环境下不易获得，因此，研究盲窃听信道信息下的协作物理层安全通信技术，可以实现不依赖于窃听信道条件的安全传输，具有广阔应用前景。.本项研究以物理层安全技术为背景，以协作通信为基础，以压缩感知为理论依据，研究盲窃听信道信息下的协作物理层安全通信问题，开展了以下几个方面的研究工作： .(1) 协作压缩感知测量矩阵模型.构建协作压缩感知测量矩阵模型是实现压缩过程的关键。本项研究构建了从单中继协作模型到多中继两跳和多跳协作的协作压缩感知测量矩阵模型；基于约束等距性要求证明了上述协作传输模型的信道矩阵满足压缩感知的测量矩阵要求，可以将传输过程等效为测量过程，从根本上保证了本项研究所提出的利用传输过程实现压缩和加密的协作物理层安全通信理论与方法是可行的。.(2) 基于协作重构性能的安全性能评价.安全性能评价是衡量通信系统安全性所需要的指标。本项研究中研究了传输过程中不同协作转发方式、多跳模式等与重构性能、以及安全容量之间的关系；针对现有基于安全容量的理论评价指标不能直观地对实际系统的物理层安全性进行评价的问题，我们搭建了实验系统，提出安全容量大于零概率的实际协作通信系统的评价指标，并开展了相应的实验研究和分析，证明可行。.(3) 物理层安全稳定性的控制方法.物理层安全稳定性控制方法是实现安全性的保障。研究了中继的移动性以及不确定性中继行为下的重构性能和物理层安全特征，建立了信念特征模型和基于信念的联盟博弈模型；并结合能量收集，通过求博弈均衡解，获得了使安全性能稳定和最优的中继选择方法以及功率优化分配方法。