为提高毫米波多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)通信系统的安全性,针对窃听者信道状态信息(Channel State Information,CSI)未知的情况,提出了一种可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface,RIS)和人工噪声(...为提高毫米波多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)通信系统的安全性,针对窃听者信道状态信息(Channel State Information,CSI)未知的情况,提出了一种可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface,RIS)和人工噪声(Artificial Noise,AN)辅助的物理层安全传输方案。为提高系统的保密性能,在基站处最小化信息信号的发射功率,利用剩余功率对AN进行设计。具体而言,先共同设计基站处的传输预编码矩阵和RIS相移矩阵,在合法用户的服务质量(Quality of Service,QoS)约束下优化其功率分配,以获得基站处信息信号的最小发射功率;再利用剩余功率设计AN的发射协方差,并将其对准合法用户信道的零空间,从而避免了AN的有害影响。仿真结果表明,所提算法具有良好的收敛性和有效性,同时揭示了实际保密率与合法用户QoS之间的权衡关系。展开更多
卫星下行链路因其开放性、广域覆盖性而面临严峻的窃听威胁,传统以加密技术为核心的卫星下行链路防窃听方案在计算复杂度与抗量子攻击能力上存在双重瓶颈,且现有卫星下行链路物理层安全防窃听方案的应用场景存在局限性。针对以上问题,...卫星下行链路因其开放性、广域覆盖性而面临严峻的窃听威胁,传统以加密技术为核心的卫星下行链路防窃听方案在计算复杂度与抗量子攻击能力上存在双重瓶颈,且现有卫星下行链路物理层安全防窃听方案的应用场景存在局限性。针对以上问题,通过基于动态扩展因子的扰码与编码级联设计,提出一种基于信道状态信息(Channel State Information,CSI)和协作中继的卫星下行链路防窃听方案。首先,通过部署地面中继基站,建立基于协作中继的卫星下行链路通信模型,扩大合法链路与窃听链路的CSI随机性差异;其次,通过合法链路CSI对准循环低密度奇偶校验码扩展因子进行动态调控,增加编码随机性,进而增加窃听者译码难度;最后,通过动态扩展因子与合法链路CSI在卫星端与用户端构建加扰与解扰机制,使窃听者因缺乏合法链路CSI而无法解扰保密信息。仿真结果表明,在用户端误码率低至10-6的情况下,利用扰码对CSI的依赖性构建窃听者解扰壁垒,可使窃听者误码率接近0.5。所提方案凭借对CSI与地面协作中继的协同设计,既具备抵御量子计算攻击的潜在能力,又契合卫星通信网络工程部署对高效低耗的需求,能够有效平衡卫星下行链路信息传输可靠性与安全性的矛盾,可为未来6G空天地一体化场景下的信息安全传输提供具备工程实践价值的技术参考路径。展开更多
文摘为提高毫米波多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)通信系统的安全性,针对窃听者信道状态信息(Channel State Information,CSI)未知的情况,提出了一种可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface,RIS)和人工噪声(Artificial Noise,AN)辅助的物理层安全传输方案。为提高系统的保密性能,在基站处最小化信息信号的发射功率,利用剩余功率对AN进行设计。具体而言,先共同设计基站处的传输预编码矩阵和RIS相移矩阵,在合法用户的服务质量(Quality of Service,QoS)约束下优化其功率分配,以获得基站处信息信号的最小发射功率;再利用剩余功率设计AN的发射协方差,并将其对准合法用户信道的零空间,从而避免了AN的有害影响。仿真结果表明,所提算法具有良好的收敛性和有效性,同时揭示了实际保密率与合法用户QoS之间的权衡关系。
文摘卫星下行链路因其开放性、广域覆盖性而面临严峻的窃听威胁,传统以加密技术为核心的卫星下行链路防窃听方案在计算复杂度与抗量子攻击能力上存在双重瓶颈,且现有卫星下行链路物理层安全防窃听方案的应用场景存在局限性。针对以上问题,通过基于动态扩展因子的扰码与编码级联设计,提出一种基于信道状态信息(Channel State Information,CSI)和协作中继的卫星下行链路防窃听方案。首先,通过部署地面中继基站,建立基于协作中继的卫星下行链路通信模型,扩大合法链路与窃听链路的CSI随机性差异;其次,通过合法链路CSI对准循环低密度奇偶校验码扩展因子进行动态调控,增加编码随机性,进而增加窃听者译码难度;最后,通过动态扩展因子与合法链路CSI在卫星端与用户端构建加扰与解扰机制,使窃听者因缺乏合法链路CSI而无法解扰保密信息。仿真结果表明,在用户端误码率低至10-6的情况下,利用扰码对CSI的依赖性构建窃听者解扰壁垒,可使窃听者误码率接近0.5。所提方案凭借对CSI与地面协作中继的协同设计,既具备抵御量子计算攻击的潜在能力,又契合卫星通信网络工程部署对高效低耗的需求,能够有效平衡卫星下行链路信息传输可靠性与安全性的矛盾,可为未来6G空天地一体化场景下的信息安全传输提供具备工程实践价值的技术参考路径。
