基于节点间协作的无线通信物理层安全传输技术研究

Most of the traditional studies of physical layer security techniques in wireless communication focused on the secret capacity analysis based on the first category wiretap model in the principle of information theory. Some secure transmission strategies which use characteristics of wireless channel were also proposed. Being different from traditional studies, our research uses game theory in analysis of node behavior characterizing by "wiretap" and "collaboration" in order to evaluate its impact of entire network performance, and thus by using of convex optimization theory and network coding technology, a practical multi-node collaboration mechanism for physical layer secure transmission is propose. The key technologies involves the calculation of cooperative relay channel, behavior analysis of nodes based on game theory, collaborative MIMO pre-coding techniques, and collaborative security transmission technology of the relay channel. This study to explore the new wireless network security technology to solve the increasingly security issues of wireless networks has important theoretical significance and practical value.

在无线通信物理层安全研究中，目前大部分研究集中在基于信息论安全原理中第一类窃听模型下的秘密容量分析、基于无线信道特性的物理层安全传输技术方面。本课题从无线网络中的协作中继技术出发，综合考虑节点的"窃听"与"协作"行为，利用博弈论在分析节点行为基础上，研究节点行为对保密速率及整个网络的性能影响，给出不同约束条件下的协作中继网络的秘密容量表达式或可达速率域上界，进而利用凸优化、协作通信等理论和技术给出面向实际网络场景的多节点协作物理层安全传输方法。课题所涉及的关键技术包括协作中继窃听信道的秘密容量计算、基于博弈论的节点行为分析、协作MIMO预编码技术、基于博弈论的的协作安全传输技术等。本研究对于探索新的无线网络安全技术，解决日趋复杂的无线网络的安全问题具有重要的理论意义和实用价值。

本课题从无线网络中的协作中继技术出发，综合考虑节点的“窃听”与“协作”行为，利用博弈论在分析节点行为基础上，研究节点行为对保密速率及整个网络的性能影响，给出不同约束条件下的协作中继网络的秘密容量表达式或可达速率域上界，进而利用凸优化、协作通信等理论和技术给出面向实际网络场景的多节点协作物理层安全传输方法。课题所涉及的关键技术包括协作中继窃听信道的秘密容量计算、基于博弈论的节点行为分析、协作MIMO预编码技术、基于博弈论的的协作安全传输技术等。本研究对于探索新的无线网络安全技术，解决日趋复杂的无线网络的安全问题具有重要的理论意义和实用价值。.本课题的主要工作如下：.对MISO窃听信道模型中以遍历秘密速率为衡量指标的物理层安全技术进行了分析研究，以人工加扰噪声功率比率为约束条件对利用MIMO冗余天线进行人工加扰的方法进行了改进优化，在典型的多用户中继MISO窃听信道中，结合中继技术，以遍历秘密速率为衡量指标，提出了联合中继协作的冗余天线人工加扰的方法。.结合博弈论相关知识，以高斯干扰窃听信道为模型，研究无线网络中人工干扰的功率控制问题。将高斯干扰窃听信道模型中的博弈拆分为两类博弈问题，第一类是通信链路和友好干扰节点之间的博弈，第二类是通信链路之间的博弈。提出并推导了一种混合策略Nash均衡闭式解求解方法，并给出了最优干扰功率下的闭式解。提出了一种在合作博弈框架下的分时干扰博弈机制，提升了系统的公平性。