基于无线协同中继信道的物理层安全技术

无线物理层安 全旨在利用无线信道特性来设计有效的安 全通信策略，它从信息论安 全的角度增强现有无线通信系统的安 全性，为解决无线通信安 全问题提供了一种新的思路，具有重要的研究价值和广阔的应用前景。本书概述了无线物理层安 全的发展历程、关键技术和研究现状，阐述了基于无线协同中继信道的物理层安 全技术的理论基础和研究意义，研究了不同拓扑结构、不同信道状态信息条件下，基于分布式波束成形、人工噪声和协同干扰等技术的安 全传输技术，完善了无线协同中继系统物理层安 全技术的理论分析方法，定量地刻画了系统参数与性能度量指标之间的关系，提出了不同场景下的安 全传输方案，从而为实现无线协同中继系统中信息的安 全可靠传输提供了理论和技术支撑。 本书可供无线通信与传输技术、卫星通信、物联网等领域的科研人员参考阅读，也适合信息与通信工程相关专业的本科生和研究生阅读。

巩向武 军事科学院系统工程研究院助理研究员，主要从事通信与信息系统方面的研究工作，主持、参加多项国 家级重点项目、省部级重点项目，发表学术论文十余篇，申请/授权发明专利十余项，获2020年度中国通信学会科学技术奖二等奖一项。 任保全 军事科学院系统工程研究院高 级工程师，主要从事通信网络技术研究工作，主持、参加多项国家级重点项目、省部级重点项目等二十余项，授权发明专利五项，发表学术论文五十余篇，获省部级科学技术进步奖二、三等奖多项。 李洪钧，军事科学院系统工程研究院高 级工程师，主要从事智能网络、卫星通信、物联网等方面研究工作，主持、参加多项国 家级重点项目、省部级重点项目等十余项，授权发明专利十项，发表学术论文二十余篇，获2020年度中国通信学会科学技术奖二等奖一项。 钟旭东 军事科学院系统工程研究院高 级工程师，主要从事空间信息网络、认知卫星通信网络等方面研究工作，主持、参加多项国 家级重点项目、省部级重点项目等十余项，授权发明专利四项，发表学术论文三十余篇，获2020年度中国通信学会科学技术奖二等奖一项。

第 1章 绪论 1 1.1　无线物理层安全研究发展概述　1 1.2　无线协同中继系统中的物理层安全概述　4 1.3　无线物理层安全关键技术　6 1.3.1　预编码技术　6 1.3.2　多天线系统中的物理层安全技术　10 1.3.3　无线协同中继系统中的物理层安全技术　12 1.4　研究展望　16 1.5　本章小结　16 参考文献　17 第　2章 基于无线协同中继信道的物理层安全相关基础　33 2.1　信息论基础　33 2.2　物理层安全基础　35 2.3　协同中继技术　36 2.3.1　中继转发协议　36 2.3.2　中继传输模式　38 2.3.3　人工噪声技术　40 2.4　波束成形技术　41 2.4.1　基于协同中继的波束成形技术　41 2.4.2　基于协同干扰的波束成形技术　42 2.5　本章小结　43 参考文献　44 第3章　无线协同中继系统中的鲁棒性物理层安全技术　45 3.1　引言　45 3.2　系统模型　46 3.2.1　中继转发　47 3.2.2　人工噪声　48 3.3　保密容量分析　49 3.4　理想CSI情况下的安全传输方案　51 3.5　CSI误差模型及问题形式　53 3.6　非理想CSI情况下的波束成形方案　55 3.6.1　有用信号功率的理论下界　55 3.6.2　有用信号功率的上界　56 3.6.3　鲁棒性波束成形算法　57 3.7　数值仿真结果　59 3.8　定理3-1的证明　64 3.9　S-Procedure原理　65 3.10　本章小结　66 参考文献　66 第4章　协同干扰下无线协同中继系统中的物理层安全技术　69 4.1　引言　69 4.2　系统模型　70 4.3　未知窃听链路CSI下的安全传输方案　73 4.3.1　合法链路理想CSI情况下的设计　76 4.3.2　合法链路非理想CSI情况下的设计　79 4.4　已知窃听链路CSI下的安全传输方案　87 4.4.1　基于迫零约束的设计　87 4.4.2　基于信漏噪比的设计　88 4.5　数值仿真结果　89 4.5.1　未知窃听链路CSI下的性能分析　90 4.5.2　已知窃听链路CSI下的性能分析　94 4.6　本章小结　95 参考文献　96 第5章　多用户点对点无线协同中继系统中单对保密用户的鲁棒性物理层安全技术　98 5.1　引言　98 5.2　系统模型和基本假设　99 5.3　保密容量分析　101 5.4　非理想CSI情况下的安全传输方案　102 5.4.1　CSI误差模型及问题形式　103 5.4.2　鲁棒性算法设计　104 5.4.3　收敛性分析　110 5.4.4　复杂度分析　111 5.5　数值仿真结果　111 5.6　本章小结　115 参考文献　116 第6章　多用户点对点无线协同中继系统中多对保密用户的物理层安全技术　118 6.1　引言　118 6.2　系统模型和基本假设　119 6.3　保密容量分析及问题形式　121 6.4　保密速率最大化方案　122 6.4.1　最优求解方法　123 6.4.2　迫零约束下的求解方法　127 6.5　功率控制方案　128 6.5.1　迫零约束下的求解方法　129 6.5.2　最优求解方法　130 6.6　数值仿真结果　132 6.6.1　保密速率最大化方案的性能分析　133 6.6.2　功率控制方案的性能分析　134 6.7　本章小结　136 参考文献　137