基于码本波束成形和有线反馈的安全容量研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：
可以 识别信 号子空间和申请接收波束形成 ，从而实现更高的速率，然而， Eve 没有拒绝选择只包含有噪音天线的能力。 ，tM 时，保密率 渐渐 趋向于 1。 本节中给出的分析是基于在 Bob 方向的 单纯 波束形成，我们可以很容易的分析扩展码本的波束形成，对于码本波束的形成，（ 17）式作为一个上限，下限如下 1k 1Mk11M 11RRP r o b tk1M 0kMtebet 发射天线的数量从 nMt 到 1nMt 保密中断的变化将导致 概率变化 inMReibinRn0tebnbsonbso e21inM2in1nMenP1nP 由于 nP1nP nbsonbso 是负的，所以保密中断的概率随着天线的数量增加而降低。 接下来我们研究了大量发射天线的保密中断概率 ikeee MM ikM keRR1M0kMRbnbso bM212k121e1P te 。 由于 ，tM 我们对上述表达有以下限制 ee MReRReRRMRbnbso21M212e x p1bM212e x p21e1P （ 19） 基于以上所述， 一个非常大的数量的发射天线， 系统 可以容忍窃听者天线的最大数目 为 .0Pnbso。 系统参数R2 如下表 R2 1 2 5 eM 158 45 10 4 2 1 虽然上述结果是悲观的， 但是 我们的模拟我们使用码本的波束形成可以有更好的表现 ， 因此 ， （ 19）是一个离散的结合式。 在本节中，我们将分析 特殊的情况下 的 保密中断概率 ，当 Eve 有单天线接收时，这被称为 MISOSE（ 多输入，单 输出，窃听者）模型，定义一个函数 。 kx0k 1Mxq kt 对于 MISOSE系统 tM 发射天线，采用单天线接收器和窃听器，保密性中断概率 R 和发射功率 P以（ 20）为界限， 单纯 波束的形成下限不平等，在（ 20）中变为平等。 如果我们增加目标的保密率的变化 ，R ， 保密中断概率可以写为 RMRbbRMRbb21bq21ebqe121bq21ebqe1tt（ 20） kMRkMR1M0kkbbnbsonbsottt2121keRPRP —。 这是积极的 ，保密中断 概率的增加与目标速率有关 由于 121R R ，因此， 如果目标 保密率很高，它是不可能实现保密的。 窃听发射机 的信道信息 到目前为止， 我们假设发射机（ Alice）没有 Eve 的信道信息，这一节中， 我们调查 保密性能的时候，Alice 是知道部分 Eve 的信道信息的，为了简单起见，我们主要研究单天线窃听，定义 eee nmh 为 Eve 的信道，其中 Alice 是知道 em 的， en 是不确定的高斯白噪声， I0CN~n 2ee ， ， 首先，我们 假设 Alice Bob 链接提供完整的 CSI，对于一个给定的码本 C，目标是找到码本 ic ，对于一个给定的速率，最大可能的减小中断概率。 换句话说，我们希望 RRRP r obm ini m iz e ebcc i （ 21） 对于一个给定的码本 ic ， 2eHi hc 是非中心卡方 分布 ， 有 2 个自由度。 2hc22mcQ12hchcP r o bRRRP r o beb2bHiReeHi1Re2bHi2eHieb， 这里， ...Q1 是一个 马坎 Q 函数 ， 上面的表达式表明， 不满足约束条件的码字 保密是不可能的 ， b2bHi hc b2bHii hcCcC 我们可以优化以下问题 2hc22mcQm i n i m i zeeb2bHiReeHi1cct ， （ 22） 需要注意的是，在前面的分析 中，我们假设知道完整的 bh ， 码本的波束形成只有具有发射机信道 的 方向信息 ， 然而， CDI 是不 解决上述问题 的，信道信息 bh 可以表示为 bb hh ， 表示信道方向， 在有限的反馈情况下，我们 将 近似的信道信息 为 2ibCc chm axargq t ，因此，在有限的反馈情况下 ，下式替代了（ 22） 2qchQ22mcQm i n i m i zeeb2Hib2ReeHi1cct ， （ 23） 需要注意的是，最优化问题（ 23）是严格意义上的近似 原始的优化问题， 因此，为了利用 Eve 的信道信息， 发 射 除了需要具备 Bob 的 CDI 还要具备其他额外的 CDI。 ： 没有任何损失的 情况下，我们假设噪声等于 Eve 和 Bob 的接收功率， 对于码本 波束形成，我们使用了 MISO 系统 4Mt 发送 天线， 我们采用两种不同的码本。 对于 8N 我们将使用在 IEEE提出的码本 标准（ [3]， 8 段，表 298o） ，对于 64N ， 我们 使用在 [36]中所提供的码本。 3 和 6 位的反馈 使用大 小 8N ，而且必须是 64位的。 图 2 比较单纯波束形成 之间的保密中断概率 图 2。 比较 单纯 波束形成 之间的保密中断概率，对于 Eve， 基于码本的波束形成（ CB），基于码本的约束形成（ UB）平等的增益与接收波束形成 ，模拟目标的保密率 Hz/s/ ， dB20PP eb 。 图 3 对于不同的eM的值， 接收信噪比 对 保密中断概率的影响 图 3。 对于不同的 eM 的值， 接收信噪比 对 保密中断概率的影响 ，这里， Bob 和 Eve 的接受信噪比被假设成一样的， eb PP。 图 4 et MMa对于保密中断概率的影响 图 4 et MMa 对于保密中断概率的影响， Hz/s/b2R ， dB20PP eb 图 2 给出了 Eve 不同接收天线数量下的保密中断概率，模拟 Hz/s/ ， dB20PP eb 的情况， N=64时的性能要好于 N=8 时， 这也表明了渐近趋势 ， 通过增加码 本 的大小，我们可以实现接近 单纯 的波束形成。 模拟还表达 出另一个非安全性为中心的性能波束形成策略 等增益波束形成 策略。 我们观察到，在提高系统的安全性方面 ， 兼具天真的波束形成和码本波束形成 会优于等增益波束形成。 为了增加 eM 在图中的显示效果，图 3 中， 我们绘制的保密中断概率 随着 信噪比增加，我们一直在 Alice固定发射天线数量 ，为 4Mt ， 可以看出，在非常低的信噪比 情况下， 保密性中断概率接近 1。 这表明，当信道条件很差 时， 我们不能期望任何保密。 在中高信噪比 时 ， 我们观察到保密中断概率 随着 Eve 处收到的天线数增加而增加，这是预计之中的。 仿真结果 如图 4， 图 4 显 示出的影响 Alice 增加发送天线数 和 Eve 接收天线数的保密中断概率，当dB20PP eb ，目标保密率 Hz/s/b2R ，模拟中，我们增加 Alice 的发射量和 Eve 的接收量， et MMa ，eM 固定，模拟不同而价值， 一个有趣的现象是， 当 ，保密中断概率随着 eM 越来越大，而 时，保密中断概率随着 eM 越来越小。 一种启发式的解释发送 对 Bob 的 高度定向天线波束成为接收器。 当 eM 明显低于 tM 时， a 很大 ， Eve 的接收波束形成不是有效的， 我们 已经进行了进一步的模拟 不同的值 信噪比和目标的保密率， 观察到 图 4 中的 的交叉 点， 是一个函数的信噪比和目标 概率。 图 5 Eve 部分信道信息 图 5 码本保密中断概率波束形成时 Eve 部分信道信息是可用的， （ 23） 用于选择 码本的波束形成。 图 6 MB 和 CB的对比 图 6 收到的错误概率时， Bob和 Eve 没有窃听 代码可用，对比 （ 隐蔽的波束形成 MB） [ 15 ]和 天真的波束形成和码本的波束形成（ CB） ， 虽然安全 使用窃听码实现了， 上面的 模拟，提供了 在量化对 MB 效果必要的洞察力。 在图 5 中， 我们认为部分 Eve 的信息可以在 Alice 出得到， 我们假设除了 CDI在 发射机 ，还有 非量子化 的 CQI 信息 ， 发射器解决了方程中的优化问题 （ 23） ， 并 使用相应的 码 本 的波束形成 ，图 5 还显示了 当码 本对应于 CDI作为波束形成向量 的保密性能。 我们观察到，当 Alice Eve 通道信息十分准确时，该系统实现额外的保密收益，然而，对于高价值的 e ， Bob 在 波束形成的方向提供类似的性能方程。 （ MB） [ 15 ] 在本节中，我们比较了基于码本的波束形成 的方法，与 “蒙面波束赋形 ”（ MB） [15]中提出的方法。 所传输的信号在 [15]中给定为 kkkk WuPX 这里 ku 的信息承载信号的平均功率为 2u ，bbk hhP 是 Bob 方向向量上的最优波束形成，kW 一个统计上独立选择高斯分布噪声 ，使得 0Wh kHb ， kkk vW ， 2uk 0CN~v ， ，总发射电源为 2ut2u 1nP 。 注意， MB 是专门设计来 增强 该系统 的安全性， 另一方面， CB 是一个非安全中心 ，主要目的是 改善Alice Bob 的链路质量。 在本节我们第一次模拟中， 我们会考虑不使用窃听 编码 的 信息传输。 在这样的的情况下， Bob 和 Eve都能够解码发送消息。 在 我们的模拟 中， 我们使用 BPSK信号。 图 6 揭示了收到的错误概率为不同的值， 单纯 波束的形成 和码本波束形成 ， [ 15 ] ， 需要注意的是， 两种 [15]和 单 纯 波束形成， 需要。阅读剩余 0%
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