融合抗窃听能力的多天线抗干扰技术研究

摘要

一方面，无线信道是开放的，使得它比传统有线通信更容易受到人为敌意干扰、窃听等外界因素的影响，因此抗干扰、抗窃听综合技术研究显得尤为重要。另一方面，现代无线通信系统越来越多的采用了多天线技术，而且系统处理能力越来越强，因此利用多天线波束成形技术，提升抗干扰能力和抗窃听综合能力则显得越来越切实可行。
　　本文研究的主要内容是多天线波束成形技术的抗干扰和抗窃听综合能力的基本原理、实现方法及其性能评估，其基本思想是利用多天线提供的自由度，进行抗干扰和抗窃听资源的基本分配。多天线能有效的提升无线系统的速率和抗干扰能力，同时还可以在不影响正常通信的前提下，利用多天线资源对敌意方释放干扰，以此来增加抗窃听能力。
　　本论文是基于传统的MIMO抗窃听系统模型的研究，给出了抗窃听和抗干扰性能评估指标—“安全速率”。然后分两个层次对MIMO窃听信道模型进行扩展，建立抗干扰、抗窃听技术融合所需要的系统模型。一是修改单工的窃听者为一个半双工工作模式的窃听者，此窃听者可以选择被动窃听，也可以选择主动发干扰。二是在保留单工窃听者的同时，增加了一个单工的干扰者，使得干扰和窃听同时存在。然后结合这两个系统模型，进行了抗干扰、抗窃听综合能力的相关研究。
　　对于半双工窃听者的 MIMO窃听信道模型，本文选取安全速率作为效用函数，依据Alice和Eve的可选择策略组合，建立零和博弈游戏，分静态策略博弈和动态策略博弈两个角度，分析和讨论了双方的干扰/抗干扰、窃听/抗窃听的策略博弈的过程，证明和求解了纯策略均衡和混合策略均衡存在的条件，最后给出几种场景下的博弈结果的仿真分析和传输策略建议。对于干扰者和窃听者同时存在的 MIMO窃听信道模型，本文基于干扰对齐的思想设计了一种可以联合抗干扰、抗窃听的波束成形算法，然后在此基础上讨论和设计了发送方 Alice的人工干扰和信息信号一种功率分配方案，最后仿真分析表明这种波束成形和功率分配算法较传统的奇异值分解算法，在高信噪比下场景下可以获得更好的安全性能。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 主要技术研究现状

1.3 抗干扰和抗窃听相融合的基本思想

1.4 论文结构及内容安排

第二章 多天线抗窃听传输技术研究

2.1 MIMO窃听信道系统模型

2.2 MIMO信道安全容量分析

2.3 MIMO安全通信传输方案

2.4 本章小结

第三章 基于MIMO窃听信道的干扰/抗干扰、窃听/抗窃听的策略博弈

3.1 MIMO窃听系统模型（半双工的窃听者）

3.2 博弈游戏的收益支出（pay off）

3.3 静态策略博弈

3.4 动态策略博弈

3.5 仿真分析

3.6 本章小结

第四章 MIMO抗干扰、抗窃听传输策略设计

4.1 MIMO干扰、窃听系统模型

4.2 基于干扰对齐思想的MIMO系统波束形成技术

4.3 最优功率分配方案设计

4.4 仿真分析

4.5 本章小结

第五章 结论

5.1 本文贡献

5.2 未来研究方向

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果

个人简历