双向中继卫星通信系统中物理层安全方案的研究与仿真

摘要

随着世界经济的飞速发展，各国对通信质量，通信需求提出了更高的要求。中继卫星通信因其可实现远距离通信，成本不与距离远近有关，能实现多址连接，满足通信大容量大多业务的特点，逐渐成为全球重要的通信方式之一。由于无线信道的开放性和广播特性，通信过程易受到窃听攻击，针对这一问题，现阶段多采用认证和加密技术，随着计算机水平的提高，基于密码计算量的加密技术受到更大的挑战与威胁。由于信道编码技术的快速发展为物理层安全提供了新的方向，物理层安全逐渐成为研究焦点。 结合人工加扰和低密度奇偶校验(Low Density Parity Check，LDPC)码技术，提出两种改进LDPC算法。一种是类加密LDPC算法，一种是直接改进LDPC算法。类加密LDPC算法包括信道估计状态信息判定、人工加扰和类加密LDPC编码三个阶段。信道状态信息由信道估计得出，在信道估计阶段，卫星与地面站公平享有信道状态信息(Channel State Information，CSI)，利用CSI以及人工加扰得出的约束条件提取所需矩阵，在LDPC生成校验矩阵时进行乘法运算，利用准循环矩阵(Quasi-cyclic LDPC，QC-LDPC)进行约束CSI，采用去重边扩展法(Progressive Edge Growth，PEG)算法去小环。类加密LDPC算法改变了部分稀疏性，增大了冗余量，为改进该缺点，提出直接改进LDPC算法是采用半随机生成校验矩阵，将CSI提取出的信息加入到校验矩阵中，直接参与生成子矩阵，不进行矩阵外计算，虽然也增加部分冗余，仍满足稀疏性，采用登山(Hill Climbing，HC)算法进行去小环处理，提高算法性能。 通过Matlab仿真软件对两种算法的整体性能和算法性能进行仿真与对比。结果表明，设计的算法达到了安全传输的要求，同时提高了安全容量。

目录

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摘要

第1章绪论

1．1研究背景与意义

1．2国内外研究现状

1．3论文的研究内容与安排

第2章双向中继卫星通信物理层安全

2．1中继卫星通信物理层安全研究背景

2．2中继卫星通信系统物理层安全基础原理

2．2．1信息论安全

2．2．2窃听信道模型及安全容量

2．2．3弱安全

2．3双向中继卫星通信系统物理层安全研究现状

2．3．1物理层网络编码

2．3．2多天线技术

2．3．3协作中继以及加扰

2．4信道编码技术及LDPC

2．4．1信道编码技术发展

2．4．2 LDPC码介绍

2．5本章小结

第3章双向中继卫星通信物理层安全方案设计

3．1双向中继卫星系统物理层安全方案设计

3．2人工加扰

3．3类加密算法

3．3．1算法模型

3．3．2类加密改进LDPC编译码过程

3．3．3类加密改进LDPC码安全性分析

3．4直接改进算法

3．4．1算法模型

3．4．2直接改进LDPC编译码过程

3．4．3直接改进LDPC码安全性分析

3．5本章小结

第4章仿真与性能分析

4．1仿真平台

4．2仿真性能指标

4．3算法整体性能仿真与分析

4．3．1仿真环境设置

4．3．2仿真结果与分析

4．4小结

第5章总结与展望

5．1论文工作总结

5．2未来工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间参与的科研项目情况