内容简介

物理层安全正成为一种颇有应用前景的无线通信安全保障手段，其主要思想是利用无线信道的内生属性，如衰落或噪声，将信息安全地从发送机传输到合法接收机，防止被非法窃听者窃听。
本书涵盖的主题包括：衰落信道下的物理层安全性能指标，基于空间复用系统中的可信无线通信，方向调制赋能的无线物理层安全，5G 系统的安全波形，基于物理层安全的保密和节能通信，信道不确定条件下的安全网络，窃听信道下的天线选择策略，大规模 MIMO 系统、毫米波蜂窝网络、非正交多址接入系统、多用户中继网络、认知无线电网络、MIMOME - OFDM 系统、无线供能通信系统和 D2D 蜂窝网络中的物理层安全方案，以及物理层的安全解决方案和应用，包括无线信道密钥生成、通信节点和终端间密钥生成的案例研究。

目录

目录
第 1 章 衰落信道下的物理层安全性能指标
1.1 引言
1.2 信息论安全
1.2.1 窃听信道模型
1.2.2 经典的信息论安全
1.2.3 部分安全
1.3 衰落信道的经典安全指标
1.3.1 无线系统模型
1.3.2 遍历安全容量
1.3.3 安全中断概率
1.4 准静态衰落信道中的新安全指标
1.4.1 安全中断概率的局限
1.4.2 新安全指标：一种部分安全视角
1.5 新安全指标的应用示例：以固定速率窃听编码为例
1.5.1 系统模型
1.5.2 安全性能评估
1.5.3 对系统设计的影响
1.6 小结
参考文献
第 2 章 信道不确定条件下的安全网络
2.1 引言
2.2 信道不确定情况下的单用户安全传输
2.2.1 系统模型
2.2.2 CSIT 受噪声恶化情况下的窃听信道
2.2.3 有限信道状态信息反馈条件下的窃听信道
2.3 信道不确定条件下的多用户安全传输
2.3.1 系统模型
2.3.2 CSIT 受噪声恶化情况下安全广播通信
2.3.3 有限 CSI 反馈条件下的安全广播
2.4 小结
参考文献
第 3 章 基于物理层安全的保密与节能通信
3.1 引言
3.2 预备知识
3.2.1 物理层安全及安全评估
3.2.2 分数规划理论
3.3 最大化安全能效的无线资源分配
3.3.1 MIMOME 系统模型
3.3.2 MIMOME 系统的无线资源分配
3.3.3 QoS 约束下安全能效最大化
3.3.4 MISOSE 系统中无线资源分配
3.4 数值仿真
3.5 小结
参考文献
第 4 章 窃听信道下天线选择策略
4.1 引言
4.2 单个发射天线选择
4.2.1 被选天线的索引
4.2.2 安全性能指标
4.2.3 单个发射天线选择的安全性能
4.3 采用 Alamouti 编码的发射天线选择
4.3.1 两个选定天线的索引
4.3.2 采用 Alamouti 编码的传输
4.3.3 TAS - Alamouti 和 TAS - Alamouti - OPA 的安全性能
4.4 全双工窃听信道中天线选择
4.4.1 发射和接收天线切换
4.4.2 采用天线切换的全双工窃听信道的安全性能
4.4.3 全双工窃听信道中天线选择的其他问题
4.5 具有不完美反馈与相关性时的单个发射天线选择
4.5.1 具有不完美反馈的单 TAS
4.5.2 存在天线相关性 / 信道相关性的单个 TAS
4.6 小结
参考文献
第 5 章 大规模 MIMO 系统的物理层安全
5.1 大规模 MIMO 基本原理
5.1.1 时分双工和上行导频训练
5.1.2 下行预编码
5.1.3 多蜂窝部署和导频污染
5.2 物理层安全基本原理
5.3 研究动机
5.3.1 大规模 MIMO 安全吗？
5.3.2 如何提高大规模 MIMO 的安全性
5.3.3 研究现状
5.4 安全大规模 MIMO 系统模型
5.4.1 信道估计和导频污染
5.4.2 下行数据和人工噪声传输
5.5 安全大规模 MIMO 系统的遍历安全速率和安全中断概率
5.5.1 可达遍历安全速率
5.5.2 安全中断概率分析
5.6 大规模 MIMO 系统中数据和 AN 的线性预编码
5.6.1 安全大规模 MIMO 中线性数据预编码器
5.6.2 安全大规模 MIMO 中人工噪声预编码器
5.6.3 线性数据与人工噪声预编码器的比较
5.6.4 最优功率分配
5.6.5 数值仿真
5.7 小结和未来展望
附录 A.1
A.1.1 引理 5.1 的证明
A.1.2 定理 5.1 的证明
A.1.3 定理 5.2 的证明
A.1.4 命题 5.1 的证明
A.1.5 \(\kappa_{u}\)的推导
参考文献
第 6 章 具有抗干扰能力的大规模 MIMO 物理层安全
6.1 引言
6.1.1 大规模 MIMO
6.1.2 大规模 MIMO 系统的物理层安全
6.1.3 大规模 MIMO 系统中的干扰攻击
6.2 干扰影响下的上行大规模 MIMO
6.2.1 训练阶段
6.2.2 数据传输阶段
6.3 干扰导频污染
6.4 可达速率
6.5 抗干扰导频重传
6.5.1 估计\(\vert \boldsymbol{s}_{u}^{\mathrm{T}} \boldsymbol{s}_{u}^{*} \vert^2\)和\(\boldsymbol{s}_{u}^{\mathrm{T}} \boldsymbol{s}_{j}^{*}\)
6.5.2 随机干扰下的导频重传
6.5.3 确定性干扰下的导频重传
6.5.4 仿真结果
6.6 小结
参考文献
第 7 章 多用户中继网络中的物理层安全
7.1 放大转发中继
7.1.1 中继和用户选择
7.1.2 下界
7.1.3 渐近分析
7.1.4 仿真分析
7.2 译码转发中继
7.2.1 用户和中继选择策略
7.2.2 闭式分析
7.2.3 渐近分析
7.2.4 仿真结果分析
附录 A
A.1 定理 1 的证明
附录 B
B.1 定理 2 的证明
附录 C
C.1 定理 3 的证明
参考文献
第 8 章 基于空间复用系统中的可信无线通信
8.1 多用户 MIMO 系统简介
8.2 单个小区中的物理层安全

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