无线中继网络中的时变信道估计和排序向量秘钥生成算法研究

摘要

物理层安全(physical-layer security)，作为一种非常有前途的安全解决方案，受到了越来越多的关注。本文提出了一种在中继系统中能够使通信双发建立通信秘钥的排序向量秘钥生成算法。这种算法利用了无线信道(wireless channel)独特的性质——通信双方之间的信道衰减值是唯一的，并且信道会随着空间位置的改变而迅速地变得不相关。该算法是从信道增益的排序序列中获得排序向量，进而获得通信秘钥。本文从理论和仿真两个方面评价了所提算法的安全性。此外，本文还研究了时变信道情况下无线中继系统的传输问题。本文利用复指数基扩展模型(Complex Exponential Basis Expansion Model，CE-BEM)，并通过一系列矩阵变换解决了时变信道参数估计问题，并利用均方误差(Mean Square Error, MSE)和克拉美罗界（Cramer-Rao Bound, CRB）来评价该估计方法的有效性。根据估计出的信道参数值，发送端可以检测出码元信息。最后，本文通过仿真进一步验证了提出的估计和检测理论结果。

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致谢

摘要

1 引言

1．1 课题研究的背景和意义

1．2 研究现状

1．3 本文研究的内容

2 移动通信网络与移动网络安全

2．1 移动通信网络的发展历史

2．1．1 早期的移动通信

2．1．2 第一代蜂窝移动通信系统

2．1．3 第二代蜂窝移动通信系统

2．1．4 第三代和第四代蜂窝移动通信系统

2．2 移动通信系统的基本参考模型

2．3 移动网络安全

2．3．1 密码学的基本模型

2．3．2 基本的加密算法

2．3．3 密码学中的几个基本原则

2．3．4 现代加密算法

2．3．5 数字签名与公钥管理

2．3．6 移动网络安全

3 无线信道

3．1 无线信道的物理模型

3．1．1 自由空间，固定天线

3．1．2 自由空间，移动天线

3．1．3 反射的墙壁，固定天线

3．1．4 反射的墙壁，移动天线

3．2 无线信道的分类

3．3 无线信道的统计模型

4 无线中继网络的安全问题

4．1 系统模型

4．2 信道感知

4．3 排序向量秘钥生成算法

4．4 排序向量秘钥生成算法的性能评估

4．4．1 窃听者端(eavesdropper)获得相同秘钥的概率

4．4．2 合法用户(S和D)产生相同秘钥的概率

5 无线中继网络的信道估计

5．1 信道模型

5．2 传输方案

5．3 信道估计

5．3．1 信道分块

5．3．2 估计算法

5．3．3 克拉美罗界

5．4 信号检测

6 仿真结果

7 结论

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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