基于无线信道状态信息(Channel State Information, CSI)的密钥提取技术可以利用无线信道的短时互易性和时空唯一性实现合法通信双方之间的共享密钥分发,且具有计算复杂度低和无需额外设施辅助的优点,是上层加密方案的有效补充。本文分别为无线通信中的合法节点和窃听节点设计了基于CSI的密钥提取方案和被动窃听方案,并在时分双工正交频分复用通信体制下实现了所提方案的原型系统。基于实现的原型系统,本文在室内和室外两种典型通信环境中的节点静止和移动两种情况下,进行了存在窃听节点场景下的密钥提取测试实验。通过对测试结果的分析,验证了无线信道的短时互易性和时空唯一性,并表明所提密钥提取方案在典型通信场景下可以实现较高的密钥性能和系统安全性。
针对多服务情况下协同OFDMA(orthogonal frequency division multiple access)系统的资源分配问题,在基站和中继单独功率约束条件下,以最大化用户的效用(utility)总和为目标,提出了一种基于多维离散粒子群(MDPSO)的渐进最优资源分配算法。该算法采用多值离散变量来编码粒子位置,并针对多维离散空间构建了新的基于概率信息的粒子速度和位置更新算法,且引入变异操作来克服粒子群算法的早熟问题。此外,还采用了迭代注水法进行最优功率分配。仿真结果表明,所提算法在总效用、吞吐量和公平性上均明显优于已有资源分配算法。
传统无线通信的安全性主要依赖于上层加密机制,无法保证调制方式等物理层信息的安全。针对此问题,本文从物理层信道的本质特性出发,基于混沌理论中的三维洛伦兹映射,提出了一种利用拉丁阵置乱星座点位置信息的物理层加密传输算法。算法充分利用星座调制复数空间特性,能获得比布尔代数域更大的密文和密钥空间,因此可获得更高安全性。从理论分析、NIST(National Institute of Standards and Technology)随机性测试、密钥空间、密钥敏感性、识别调制方式等方面考察了算法的安全性能。理论分析和仿真结果表明,所提算法在保证通信可靠性的前提下,能够有效增强通信的安全性。
