无线携能通信系统中基于能量获取比例公平的波束成形设计

针对无线携能通信系统中存在能量获取不均衡的问题, 提出了一种基于能量获取比例公平的波束成形设计方案. 该方案在满足信息接收者的信干噪比以及发送端的最大发送功率等约束条件的基础上, 通过优化波束矢量实现能量获取的比例公平. 此设计在数学上是一个很难直接求解的非凸优化问题.为此, 本文首先利用半定松弛技术将其转换为半定规划问题, 然后结合二分法提出了可以获得最优波束矢量的迭代算法.此外, 在发送端仅知道部分信道状态信息且知道信道误差范围的情况下, 采用最差性能最优的方法对原优化问题进行了鲁棒波束成形设计, 并提出了相应的迭代算法. 仿真结果表明所提算法均可实现能量获取的比例公平且性能达到全局最优.     

光子数分束攻击对星地量子密钥分配系统安全的影响

由于仪器设备性能的不完美和信道传输损耗的存在,光子数分束(PNS)攻击对采用弱相干脉冲(WCP)光源的量子密钥分配(QKD)系统的安全性构成重大威胁.以基于WCP光源的星地QKD系统为研究对象,推导了在PNS攻击者采用最佳窃听策略进行窃听时,保证密钥绝对安全的最大天顶角和可采用的平均光子数之间的关系.理论分析和计算结果表明,星地QKD系统的最大安全传输天顶角和可使用的平均光子数等重要系统参数的取值上限均受PNS攻击的限制,最终系统的密钥交换速率和系统容量受到限制.对星地QKD系统的传输容量来说,天顶角和平均光子数是一对矛盾的影响因素.提供了一种对实际星地QKD系统的天顶角和平均光子数参数进行估算的方法.     

无线多径信道中基于时间反演的物理层安全传输机制

宽带无线通信用户大多处在复杂的环境中,其时变多径传播和开放特性将严重影响通信系统的性能.针对物理层安全研究中的窃听信道问题,提出了一种适用于宽带无线多径信道的联合时间反演技术和发端人工噪声的物理层安全传输机制.首先,在一个典型窃听信道模型中采用时间反演技术,利用其时空聚焦性来提高信息在传输过程中的安全性;其次,由于时间反演的时空聚焦性,信息在聚焦点附近容易被窃听,通过在发送端加入人工噪声来扰乱窃听用户对保密信息的窃听,由于合法用户采用零空间人工噪声法,人工噪声对合法用户没有影响.理论分析和仿真结果表明,与已有物理层安全机制相比,所提机制可以有效地提高系统的保密信干噪比和可达保密速率,降低合法用户的误比特率,系统的保密性能得到提升.     

乳腺癌检测的三维微波热声成像技术

提出了三维微波热声成像技术检测早期乳腺肿瘤,成像同时具有高对比度和高分辨率的特点.该技术利用自适应的鲁棒Capon波束成形(RCB)算法进行信号处理和图像重建.基于电磁学和声学时域有限差分(FDTD)法,进行微波热声成像仿真,算例结果证实了该技术用于诊断早期乳腺肿瘤的可行性. 关键词： 乳腺癌检测 微波热声成像 鲁棒的Capon波束成形 时域有限差分     

量子BB84协议在联合旋转噪音信道上的安全性分析

多数在理想条件下设计的量子密码协议没有考虑实际通信中噪音的影响,可能造成机密信息不能被准确传输,或可能存在窃听隐藏在噪音中的风险,因此分析噪音条件下量子密码协议的安全性具有重要的意义.为了分析量子BB84协议在联合旋转噪音信道上的安全性,本文采用粒子偏转模型,对量子信道中的联合噪音进行建模,定量地区分量子信道中噪音和窃听干扰;并且采用冯·诺依曼熵理论建立窃听者能窃取的信息量与量子比特误码率、噪音水平三者之间的函数关系,定量地分析噪音条件下量子信道的安全性;最后根据联合噪音模型及窃听者能窃取的信息量与量子比特误码率、噪音水平三者之间的关系,定量地分析了量子BB84协议在联合噪音条件下的安全性并计算噪音临界点.通过分析可知,在已有噪音水平条件下,窃听者最多能够从通信双方窃取25%的密钥,但是Eve的窃听行为会被检测出来,这样Alice和Bob会放弃当前协商的密钥,重新进行密钥协商,直至确认没有Eve的窃听为止.这个结果说明量子BB84协议在联合旋转噪音信道下的通信是安全的.     

基于联合干扰的室内可见光通信安全系统

研究了典型室内办公场景下,多用户多输入单输出（MISO）可见光通信（VLC）系统的物理层安全问题。针对未知数量的窃听者有可能出现在公共区域内任意位置的场景,提出了一种基于联合干扰的人工噪声生成方案以提高系统的保密安全性能。该方案利用用户所在区域的发光二极管（LED）作为信号源的同时,联合窃听者所在区域的LED一起发送干扰信号。由于窃听者位置随机且未知,故所提方案以最小化最坏情况下窃听者的信干噪比（SINR）为目标,通过干扰形成器的协作优化与设计使得干扰信号在不影响合法用户信号正常接收的前提下,最大程度地扰乱窃听者的接收。仿真结果表明,与传统的人工噪声方案相比,所提的联合干扰策略能明显降低窃听者的信干噪比和提高系统的保密速率,从而使得VLC系统的安全性能得到显著提升。     

340GHz太赫兹室内信道测量及仿真研究

太赫兹波的衰减性及高可用带宽使其在局域网环境中拥有广阔的应用前景.而太赫兹波的窄波束问题需要借助波束成形技术来解决.作为波束成形技术的关键内容,非直视情况下太赫兹频段的室内信道建模成为了当前亟待开展的工作.本文在340 GHz频段对多种常见室内装饰材料的太赫兹波反射特性和室内多径反射信道特性进行了实验研究,并基于射线追踪法对太赫兹室内信道进行仿真,仿真结果与测量结果符合较好,为进一步太赫兹室内信道建模提供了基础.     

基于BB84协议的量子密钥分发安全门限研究

本文分析了实际量子密钥分发过程中,量子态可能受到的各种影响因素;建立了相应的信道模型;推得了非理想信道BB84协议判别窃听的安全门限公式.通过计算与仿真,证明该公式用于估计BB84协议的安全通信门限更加准确,判断量子密钥分发过程中是否存在窃听更为有效,同时具有提高通信安全性和密钥分发效率的优点. 关键词： 信道模型 BB84协议 窃听判别 安全门限     

基于BB84协议的实际QKD系统的窃听问题研究

基于实际量子密钥分配系统中所使用的强衰减的激光脉冲并不是单光子,量子密钥分配的信道不是无损耗的,窃听者的技术能力也不是无限的这些具体问题,采用了分束窃听与截获重发窃听策略相结合的方案讨论了窃听问题并给出了合法用户在筛选后的密钥中所能容忍的误码率上限.     

星地光通信多点地面接收方案的初步研究

分析了大气和背景辐射对星地光通信质量的影响,提出了一种新型的多点地面接收方案,用来提高通信质量.进行了原理性演示实验和对大气信道的理论仿真.结果均说明采用该方案来提高星地光通信质量是可行的.     

基于单光子的单向量子安全通信协议

提出了基于单光子的单向量子安全通信方案.发送方在对信息序列进行编码操作之前首先将其和随机序列进行异或操作并插入校验序列.接收方收到光子后对其进行延迟,此后发送方公布编码基从而使接收方在正确的基下进行测量.接着双方通过校验序列判断信道的安全性,如果信道安全,则发送方公布接收方有测量结果的位置所对应的随机序列,接收方由此恢复出信息序列;如果信道不安全,窃听者所获得的只是随机的发送序列,信息序列仍然是安全的.此协议与双向通信协议相比具有传输效率高、 易于实现等优点.     

多项式结构宽带波束形成器的性能分析及其改进

首先从理论上分析了多项式结构宽带波束形成器的鲁棒性能。分别从传声器失配误差影响下阵列波束图扰动的统计分析以及白噪声增益分析两个方面揭示了影响多项式结构宽带波束形成器鲁棒性能的内在规律。发现当波束主瓣指向处于可调范围边缘时,与指向中心相比,多项式结构波束形成器的鲁棒性能变差。然后分析了影响多项式结构宽带波束形成器阵列指向性指数的主要因素,指出了多项式结构的截断误差会导致宽带波束形成器的主瓣指向出现偏差,进而造成阵列指向性指数性能下降。为了克服现有设计结构存在的缺陷,提出了一种具有波束主瓣指向自校正能力的改进设计结构。与现有设计结构不同,所提出的设计结构中的调向功能模块能够充分反映出波束期望指向和实际指向之间存在的非线性关系,避免了现有设计方法因采用线性调向功能模块而造成较大波束指向偏差的问题,有效改善了多项式结构宽带波束形成器的性能。      

基于αη协议的量子数据流加密系统实际安全与性能分析

αη协议是一种利用量子噪声隐藏信息的随机加密协议. 通过求解高斯噪声信道中窃听者获取信息量的计算公式, 推导了该协议实际安全判据. 结果表明, 协议是否安全主要取决于信源量子态的平均光子数和密文符号数. 基于此, 计算了在光束分离攻击下两者的安全取值区间以及协议的有效通信距离.     

实际量子密钥分配扩展BB84协议窃听下的安全性分析

考虑强衰减激光脉冲技术实现的准单光子源和量子信道损耗以及窃听者Eve窃听能力有限等实际情况， 提出了一种窃听装置；同时对扩展BB84协议的各种窃听做了全面分析，计算得出发送者Alice/窃听者Eve所获得的交互信息量和发送者Alice/接收者Bob所能容忍的误码率上限，以此作为检测量子信道安全性的标准，同时得出Breidbart基/分束攻击相结合的方法是比截取/重发更为有效的窃听方案.     

基于单光子的单向量子安全通信协议

提出了基于单光子的单向量子安全通信方案.发送方在对信息序列进行编码操作之前首先将其和随机序列进行异或操作并插入校验序列.接收方收到光子后对其进行延迟,此后发送方公布编码基从而使接收方在正确的基下进行测量.接着双方通过校验序列判断信道的安全性,如果信道安全,则发送方公布接收方有测量结果的位置所对应的随机序列,接收方由此恢复出信息序列;如果信道不安全,窃听者所获得的只是随机的发送序列,信息序列仍然是安全的.此协议与双向通信协议相比具有传输效率高、 易于实现等优点. 关键词： 量子密码 量子安全通信 单光子 单向通信     

基于六态协议的实际QKD系统的窃听问题研究

基于实际量子密钥分配系统中所使用的强衰减的激光脉冲不是单光子，量子密钥分配的信道不是无损耗的，光子计数器存在探测效率和暗计数以及窃听者的技术能力也不是无限的这些具体问题.采用了分束与Breidbart基相结合的窃听策略讨论了窃听问题并给出了合法用户在筛选后的密钥中所能容忍的误码率上限公式. 关键词： 量子密钥分配 六态协议 光子数统计分布 Breidbart基窃听     

基于鲁棒回声状态网络的混沌时间序列预测研究

针对回声状态网络模型易受异常点影响的问题, 提出一种基于拉普拉斯先验分布的鲁棒回声状态网络模型. 通过采用对异常点不敏感的拉普拉斯分布代替高斯分布作为模型输出的先验, 以增强网络对于异常点的抑制能力. 此外, 为解决由引入拉普拉斯分布所造成的求解困难的问题, 根据边际优化方法, 构建适当的替代函数, 使拉普拉斯先验等价转化为易于计算的高斯形式, 并通过贝叶斯方法实现模型参数的自适应估计. 仿真结果表明, 在异常点存在的情况下, 本文所提出的模型具有较好的鲁棒性, 并仍能保持较高的预测精度. 关键词： 回声状态网络 鲁棒模型 替代函数 拉普拉斯分布     

基于光编/解码技术的抗截获通信系统研究

为了增强光纤通信系统的物理层安全性,提出了一种基于光编/解码技术的新型抗截获通信系统。由于传统地址码的码字容量都相对较小,合法用户使用的地址码容易受到窃听者的强力搜索攻击。一旦用户地址码被获得,光纤信道中传输的所有用户信息将可被窃听者窃取。为了解决这个问题,构造了一种大容量的二维跳频/扩时地址码,并描述了可重构编/解码器的实现方法;设计了一种新型的抗截获通信系统方案,建立了窃听信道模型;最后,利用VPI transmission Maker Optical Systems仿真软件,验证了抗截获通信系统的传输性能和安全性能。仿真结果表明,基于光码分多址的编/解码技术,可以实现一种高速率、长距离的抗截获通信系统。     

灰霾背景下基于最优链路的低轨道量子卫星星间切换策略

为了应对灰霾对星地量子通信信道所带来的突发性干扰,根据灰霾天气下量子信号在自由空间中的衰减指数,本文提出了一种基于信号功率衰减最低的最优链路量子卫星切换策略。当目前的星地链路参数满足切换条件时,地面用户通过对不同信道中量子信号功率衰减系数的比对,测试到最小衰减卫星链路,基于对光子态Bell基的测量,完成卫星间的量子纠缠交换,建立新的纠缠信道,保证通信在切换过程中的连续性。仿真结果表明,当系统呼损率为5%,能见度为1km,地面用户数分别为50、100、300,轨道高度为300km和1400km时,量子卫星的切换成功率分别为95%、93.6%、91.8%和92%、90%、87%。由此可见,本策略能够在保证通信可靠性的前提下,实现星地间量子信道的平稳切换,提高量子卫星通信系统在灰霾背景下链路的有效性。     

基于光量子态避错及容错传输的量子通信

量子通信以量子态为信息载体在远距离的通信各方之间传递信息,因此量子态的传输和远距离共享是量子通信的首要步骤.信道噪声不仅会影响通信效率还可能被窃听者利用从而威胁通信安全,对抗信道噪声是实现安全高效量子通信亟需解决的问题.本文介绍基于光量子态的两类对抗信道噪声的实用方法——量子态的避错传输和容错的量子通信,包括对抗噪声的基本原理和两种方法的代表性方案,并从资源消耗和可操作性的角度分析了方案的实用价值.