有限反馈下行云无线接入网中面向安全性增强的加权Voronoi图信道量化机制

来源 :2017第十九届中国科协年会 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cubqfire
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  作为一种集中式,低能耗,高频谱利用率的新型第五代移动通信系统(5G)无线接入网架构,云无线接入网络已成为已经成为未来网络的基础架构之一,其中,频分双工(FDD)下行云无线接入网能适应LTE-A高度异构化的服务需求,提高频分双工网络中的网络容量和系统频谱效率.频分双工下行云无线接入网的优势发挥高度依靠精确的下行信道状态获取,而这些信息的获取通常需要用户将信道状态信息(CSI)经由量化码本量化后,有限反馈至远端射频单元(RRU).然而,传统点对点通信中的量化码本不适合当前云无线接入网架构,包括两个方面:1.远端射频单元部署的随机性使得下行信道的大尺度衰落对传统码本的量化性能影响加大,额外的量化的误差会造成下行传输信息的泄露增加;2.云无线接入网集中式的信息处理架构和分布式的网络部署导致网络中的窃听行为对私密信息的窃取加重.为此,本文从物理层安全角度出发,着重研究面向抗窃听的量化码本设计机制,以提高频分双工云无线接入网的下行私密信息传输速率.本文创新性的提出了一种基于加权Voronoi图的码本设计方法,该方法基于高维的信道矢量几何特征,能够在不牺牲平均波束赋性增益的条件下,不需要引入任何额外的资源开销,最终提升系统的平均安全速率.具体来讲,我们首先提出了一种新型码本生成准则,该准则基于系统的平均安全速率损失,能够有效衡量量化和窃听所引发的平均安全速率损失.其次,我们巧妙的将码本设计准则深度优化,并证明满足该准则的码字位于格拉斯曼(Grassmann)流形上,这些码字对流形空间的划分可以构成加权的Voronoi图.最后,我们提出了一种可操作的格拉斯曼(Grassmann)流形上加权图的构造算法,该机制以传统的量化码本作为初始码本,通过对码字进行动态加权,迭代的提升位于格拉斯曼(Grassmann)流形的上量化码字矢量,来逐步寻找兼顾安全性的新型码字矢量,我们巧妙的利用瑞利熵的特性,保证了算法的收敛性并给出了新型的码字选择算法.本文成功将安全性考量引入到有限反馈系统中码本的设计机制中,并从统计意义上得出新型安全性码本,数值仿真表明,相对于传统的非安全性码本,该类码本能在不牺牲任何天线和复杂度资源的条件下,提升下行云接入网络的平均安全传输速率,同时保证系统平均速率不损失,进而实现速率收益双赢的预期目标.同时,本文引入的码本设计方法能节省由于兼顾安全性所引发的额外信令开销,为未来面向云无线接入网的新型安全传输技术提供新的思路和研究方向.
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