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1、基于码本波束成形和有线反馈的安全容量研究作者：季峰 指引教师：彭张节摘要：通过对敏感数据的传播波束成形链接和被动窃听，我们研究了码本的保密性能我们特有的通信链路中断概率被窃听了。因此我们觉得一种有限的反馈的状况的发射机所使用预定义的码本被称为用于波束形成的发射器和接受器，在分析保密中断概率的链路时被窃听了，我们的分析还提供保密中断概率在预定的的方向的波束形成发送接受器。我们描述如何保密中断概率来提高作为发射天线数的增长。我们进一步的分析了密增强码书设计的影响，并提供在保密中断概率的界线上的码本波束形成。核心词：MIMO，通道窃听，窃听，传播波束赋形，码书，信息论安全，保密率，保密中断概率。On
2、 Secrecy of Codebook-Based TransmissionBeamforming under Receiver Limited FeedbackAuthor: Feng Ji Director:Zhang-jie PengAbstract:This article studies the problem of distributed interference avoidance (IA) through channel selection for distributed wireless networks, where mutual interference only oc
3、curs among nearby users. First, an interference graph is used to characterise the limited range of interference, and then the distributed IA problem is formulated as a graph colouring problem. Because solving the graph colouring problem is non-deterministic polynomial hard even in a centralised mann
4、er, the task of obtaining the optimal channel selection profile distributively is challenging. We formulate this problem as a channel selection game, which is proved to be an exact potential game with the weighted aggregate interference serving as the potential function. On the basis of this, a dist
5、ributed learning algorithm is proposed to achieve the optimal channel selection profile that constitutes an optimal Nash equilibrium point of the channel selection game. The proposed learning algorithm is fully distributed because it needs information about neither the network topology nor the actio
6、ns and the experienced interference of others. Simulation results show that the proposed potential game theoretic IA algorithm outperforms the existing algorithm because it minimises the aggregate weighted interference and achieves higher network rate.Keywords:IA,potential game,channel selection,NE1
7、.引言由于无线传播的开放性，它是脆弱的并有着潜在的安全威胁，如被动窃听和积极干扰。特别要注意的是，由于没有先验知识的位置，甚至存在被动窃听，发射机只能依托与接受者互动减少敏感数据的损失（或保密）。另一方面，时间变化和无线信道的空间有关特性让任何人都难以预测在无线链路上的信道响应。例如，虽然打算在接受器和窃听者之间的空间分离几种波长，信道从源头到预定的接受器可以完全变化。这样的特性有助于对被动窃听的安全防备。在这项工作中，我们研究了保密基于码本的发送波束形成的影响，这依赖于有限的接受反馈。1，2成为普遍采用的做法，3，4用于减少反馈开销之间的接受器和多天线无线链路发射机的数量。特别是在多输入，多
8、输出（MIMO）系统中，发射机的信道知识使得它可以用于优化预编码器，以实现容量5，6或最小均方误差检测7。特别是，当接受器有一种单天线，MIMO系统退化为MISO（多输入单输出）系统，发送波束形成达到容量8。一般状况下，在发射机不懂得信道信息的状况下，接受器必须估计和发送信道状态信息（CSI）回发射机。为了减少反馈成本，带宽，发送完整的CSI回到有关发射机，1提出设计的预编码器的码本先验，使得接受机仅发回的索引数位所指定的最佳的预编码（波束形成器）。 通过实际的原则，如IEEE 802.16e原则3 和LTE。84 ，一种精心设计的码本可以提供到有限的最佳波束形成性能接近接受器的反馈。 波束形
9、成码本虽然不是设计用于避免窃听的安全性方面，但是在这项工作中，我们研究了基于码本的波束成形传播性能有限反馈的安全设立。特别是，我们考虑一种未知的被动窃听者“Eve” 筹划窃听从“Alice”（发射机）到“Bob”（接受者）。我们的目的是运用Alice给Bob有限的反馈，量化基于码本的传播波束成形的安全影响。 在她的开创性的工作 9 怀纳的概念引入窃听通道。窃听通道由三个端子- 发射机（Alice）的接受者（Bob）和被动窃听者。怀纳9的研究表白，当Alice Eve通道是相对于物理降解Alice，Bob通道，Alice可以用一种非零的速度发送安全邮件到目的，这背后的想法方案是使用窃听代码。通过
10、使用随机编码器的秘密消息映射成许多码字到一种合适的概率分布，发送方可以将秘密信息隐藏在窃听的噪音通道随后的工作10扩展怀纳的离散记忆窃听信道的保密能力高斯窃听通道。11其特性在于保密能力是非退化离散无记忆方面的广播信道的一种辅助变量u，其中，发射信号x，Bob和Eve处的接受信号（分别记作为和）形成了马尔可夫链。由于上述定义的保密能力很容易延伸到用一种功率约束持续字母的状况 12 14, 它也给出了一种表征的MISOME（multiple input，单输出，多窃听）信道容量。然而，有无系统的措施来优化过的辅助变量和信道。在12，低档绑定的保密能力的最大化作为Alice Bob的差别，互相之间
11、的信息和Alice Eve在所有也许的输入分布。为了简化这个问题12假设高斯随机代码用于在发射机，Bob和Eve信道是已知的所有各方。作者觉得对 13 这高斯分布，解决了类似的最大化问题12提供的下界。14中，提供保密容量的上限。14还表白，这个上限是可以实现高产的通道能力MISOME。保密能力是该系统的广义特性值。此外，还提供了14的迅速衰落信道模型的能力的上限与下限。 波束形成单纯的接受者的方向也被觉得是提供一种增强安全性的手段。此后，我们这样的波束形成在安全性设立为“单纯的波束形成” 。在13中，作者考虑Bob的通道是非衰落而Eve的信道经受衰落。这种状况下，在Bob的方向波束形成被证明
12、是最佳的。然而，最佳的方略并不总是使用完整可用的发送信息的传播权力。在 15 ，“蒙面的波束形成”的措施有了建议，发射机Alice有Bob的信道信息，但不懂得Eve的通道信息，在此设定下，Alice将雇用的一部分的发送功率来传播实际的消息使用“单纯波束形成” Alice将运用发送其他的功率在Bob的信道零空间发射人工产生的干扰信号。该指出的是，虽然屏蔽波束形成措施不需要Eve波束形成的信道信息，Alice仍然会需要进行窃听Eve道记录。事实上，与多天线MIMO系统的保密能力相比，其特性在于，在16 - 18，衰落信道遍历保密能力的表征。对于单输入单输出（SISO）系统方案场景中，我们研究了单天
13、线窃听者。在这种状况下，保密容量中的差别，Alice和Alice Eve Bob信道的信道容量。遍历保密能力也在 20 ， 21 和参照文献中得到了摸索。参照 22 SISO无线信道准静态衰落的中断保密能力， 22 觉得当Alice有了Bob的信道接入但不懂得Eve的通道，因此Alice设立一种任意的目的保密率，并调查了中断的概率。我们的工作灵感来自于分析多天线系统中使用单纯的波束形成的传播和基于码本的波束赋形的传播在有限的接受反馈。23, 24. 2528中，反馈的使用被觉得是增强安全性，使用的干扰信号的传播，以提高保密性。通过运用Alice Bob频道的信道互易性， 29 提出了一种用于生
14、成密钥的措施。在这项工作中，我们着重于Eve的信道对于Alice和Bob来说是未知的。此外，Bob智能传播有限的（有限的字节）反馈给Alice的CSI。我们的分析表白，通过使用简朴的码本的波束形成来完善保密工作。由于Bob是不懂得Eve的，因此，Bob将反馈的最优码字索引（波束形成），最大限度地提高Alice Bob链接的信号的信噪比（SNR）。Alice将使用相应的码本的波束形成向量，由于波束形成向量优化Alice Bob链接，这样的波束形成将提高Bob接受数据的速率。同步，这样会减少Alice Eve链接的码本波束形成，应当说，虽然码本的波束成形传播不依赖于Eve信道的编码速率，但是窃听装
15、置却要依赖于这样的信息。在没有Eve信道信息数据的状况下，对任意信道，Alice可以从她设计的窃听代码来决定传播速率。但是这种传播也许不可靠，如果Eve拥有更好的信道，将会导致保密中断，在这项工作中，我们使用的概念保密停运这个定义系统模型分析上述保密性能。我们工作的重要奉献概括如下：（a）在非安全设立的状况下，针对Bob和波束形成的方向，用波束形成的最优方向实现一种MISO系统的容量。也有例外的状况如 13 ，在一般状况下，这个方向的波束形成在Eve的存在不是最抱负的，但是如果Alice没有Eve的信息，她也许会使用传播方向的波束形成来个Bob和任意一种目的设立保密率，在这种状况下也许会导致保
16、密中断，迄今为止，这样的状况在多天线设立分析中尚未简介。我们目前的工作正在弥补这方面的空白。（b）我们考虑一种更现实的有限反馈状况，当发射机获得CSI通过码指标的反馈。对比与其她方案，我们这种状况需要完善的信道信息15。我们的模拟成果表白，在只存在有限的反馈时，Bob码本的方向的波束形成能达到类似的在 15 的性能。虽然觉得对于人工干扰信号传播方式需要考虑额外的安全增强。（c）我们得到单纯波束形成的保密中断概率，并鉴定码本的波束形成的保密中断概率界线。我们的分析表白，保密中断概率的增长与天线的数量有关。手稿如下：我们开始第二部分的系统模型和假设，在第三部分中，我们分析了单纯的波束形成的中断保密概率，也获得保密中断概率约束下的码本波束形成。在第四部分中，基于我们在第三部分中的分析，我们提供了系
