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由于无线信道的广播特性,无线通信安全极易受到威胁,而窃听是最主要的一种安全问题。随着多天线技术、信号处理技术和编码技术的发展,在物理层实现信息的安全传输成为可能。多天线波束赋形和人工噪声技术是实现物理层安全的重要技术手段。本文结合波束赋形技术,对人工噪声优化的物理层安全方案进行研究,论文的主要工作如下:1.对未知窃听信道状态信息情况下的MISO系统中采用信号波束赋形和人工噪声的物理层安全传输方案进行研究,提出一种进一步利用人工噪声改善合法接收端接收性能的方案。在发送端,联合考虑合法信道的状态信息和人工噪声,判断到达合法接收端的人工噪声是否对其信号检测有利,并由此将人工噪声划分为有益噪声与无益噪声两类,分别采用不同的波束赋形方案。在不改变人工噪声干扰窃听端接收的基本功能的前提下,利用人工噪声提高合法接收端的接收性能。给出了PSK调制方式下人工噪声是否有益的判别规则,并分析了对应的误比特率和保密速率。分析和仿真结果表明,通过利用有利的人工噪声,相比较传统的人工噪声方案,本方案中合法接收者的性能有较为明显的提升,安全性能得到改善。2.研究存在自干扰的全双工MIMO点对点双向通信系统中,在未知窃听信道状态信息情况下采用零空间人工噪声的物理层安全传输方案。首先,给出采用零空间人工噪声时信道速率的表达式。其次,对发送信号的波束赋形权值和人工噪声功率的优化问题进行建模,给出在发送总功率约束和合法端速率要求下的优化问题的数学模型,这是一个两节点求解中需要相互依赖对方求解结果的、无法求解的联合优化问题。然后对优化数学模型中的自干扰噪声功率进行估计和近似处理,消除两节点间的优化问题的相互约束关系,将优化问题转换为各节点独立求解的优化问题。进一步通过求解优化问题得到节点发送天线的功率分配和信息信号的协方差矩阵,并对节点发送天线和接收天线的数目优化分配进行了分析。最后对方案进行仿真,仿真结果表明,优化方案下系统实际获得的速率值与理论优化的目标速率非常接近,说明优化过程中的近似处理是可行的,并可获得可观的系统保密速率。