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《哈尔滨工业大学》 2015年
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基于复合窃听信道的物理层安全问题的研究

陈雍珏  
【摘要】:由于无线信道的广播特性,无线传输过程中更容易受到噪声、窃听等因素的影响,因而无线安全通信成为国内外专家学者广泛关注的问题。传统的通信安全,在物理层以上使用秘钥体制来保证安全,这是建立在物理层能够进行无差错传输的假设之上。由于这种假设在无线场景下并不一定成立,同时,随着密码破译者使用计算能力越来越强的计算机,传统的秘钥体制正受到挑战。面对这样的情况,物理层安全利用信息论的理论基础,来解决通信安全的问题。这个问题中的经典模型是窃听信道模型,由一个发送者,一个合法接收者和一个窃听者组成。模型的目标是在保证发送者与接收者可以正常通信的同时,利用合法信道和窃听信道的相关信息,来设定信息传输的速率,从信息论的角度上使窃听者无法窃取信息,从而保证“保密传输”。在充分研究分析国内外文献的基础上,本文基于经典窃听信道模型,建立并深入研究了两种新的复合窃听信道模型。第一种模型,假设无线信道经历Nakagami-m衰落,这是一种比对数正太分布、瑞利、莱斯三种衰落更一般的情况,并且当其衰减系数取特殊值时,可以表示上述特殊衰落。在这种条件下,考虑了多个接收者和多个窃听者的情况,同时,还探究了对应实际情况中的共谋窃听者场景。在第一种模型的基础上,本文进一步建立了第二种模型,考虑了过时信道状态信息和多发射天线两种情况。对于第一种模型,本文求解了安全中断概率和平均信道安全容量两个参数,推导出了这两种性能参数的解析性能表达以及渐近性能。性能参数的仿真结果表明减少接收者或者发送者的数量,增大衰减系数,以及让窃听者之间无法共谋,可以提升系统的安全性能。同时,在非共谋条件下,接收者个数对系统的影响是大于窃听者个数的;而在共谋条件下,情况则相反,即窃听者的数量有更大的影响。在第二种模型的条件下,研究了安全中断概率,分析了其解析性能和渐近特性。对安全中断概率的仿真发现,更高的过时相关系数和更多的发射天线数量,会使得系统的安全性上升。另外,仿真结果表明,二者对于系统安全的影响是一个非线性变化的过程,同时,系统参数的设定是一个权衡整体性能的过程,要综合考虑各个参数的取值情况。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TN918

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