帶安全參數(shù)的通信模型容量區(qū)域的研究.pdf

1、數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝院桶踩砸恢笔峭ㄐ胖械膬蓚€最基本的研究課題。高效性意味著對于給定的通信系統(tǒng)模型，要設(shè)計出盡可能達到信道容量的編碼方案，同時該編碼方案所對應(yīng)的譯碼錯誤概率要趨近于零。而安全性意味著如果存在竊聽者，即使他知道所有的編碼方案的細節(jié)，他也不能竊聽到任何的信息。本文從多用戶信息論的角度，對通信網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝院桶踩赃M行了詳細的研究。
　　 在高效性方面，本文對帶信道狀態(tài)信息的多接入信道模型的容量區(qū)域進行了研究（該問

2、題是Gel'fand-Pinsker信道在多接入信道模型中的推廣），找到了能達到信道容量的編碼和譯碼方案，同時也求出了該模型下的容量區(qū)域的具體數(shù)學(xué)表達式。該問題屬于熱點問題，但是以往的工作均只求出了一個容量區(qū)域的子區(qū)域，所以確定整個容量區(qū)域是有著重要的理論指導(dǎo)意義的。
　　 在安全性方面，本文著重研究了竊聽信道模型下的安全問題。在該系列模型中，我們假設(shè)有一個竊聽者能通過一個噪聲信道被動竊聽主信道傳輸?shù)男畔?。我們研究了以下問題:第

3、一，當(dāng)主信道的信道狀態(tài)信息能被發(fā)送方以無記憶的方式知道時，我們刻畫了竊聽者關(guān)于發(fā)送的消息的疑惑度以及信息傳輸效率之間的關(guān)系，得到整個容量區(qū)域。該容量區(qū)域是所有可以實現(xiàn)的傳輸效率和疑惑度的2元組所組成的區(qū)域，所有在該區(qū)域的二元組都能夠具體實現(xiàn)，而所有不在該區(qū)域的二元組都不能具體實現(xiàn)。而在因果和有記憶的情況下，我們得到了容量區(qū)域的內(nèi)外界。更進一步，我們刻畫了該模型下的安全容量，即在保證竊聽者得不到任何信息的情況下，消息傳輸效率的最大值。第二

4、，我們刻畫了當(dāng)主信道的信道狀態(tài)信息能以因果或者有記憶的方式被發(fā)送方知道，且合法用戶接收者的信息能以因果的方式反饋到發(fā)送方的情況下，該竊聽信道模型的容量區(qū)域以及安全容量。第三，眾所周知，反饋不能增加離散無記憶信道的信道容量，帶著這個疑問，我們研究了反饋能不能增加竊聽信道的容量區(qū)域的問題，答案是驚喜的，可以！第四，我們進一步研究了非降階的竊聽信道帶反饋的模型，并且得到了它的容量區(qū)域和安全容量。目前反饋在安全上的研究非常少，本文系統(tǒng)研究了反饋

5、在安全模型中的作用。
　　 最后，我們離開竊聽信道模型，去研究廣播信道模型的安全問題。具體來講，我們研究了在帶信道狀態(tài)信息的降階廣播信道模型下，如果發(fā)送方能以因果或者有記憶的方式得到信道狀態(tài)信息，并且非降階用戶的信息能通過反饋而被發(fā)送方得到的情況下，該模型的容量區(qū)域以及安全容量問題。
　　 在安全性的研究上，降階廣播信道模型是竊聽信道模型的擴展。總體來說我們是研究了竊聽信道及其擴展模型在考慮了信道狀態(tài)信息和反饋的情況下的

6、容量區(qū)域問題，這里的容量區(qū)域?qū)嶋H上是包含了所有可達的安全參數(shù)和傳輸效率的區(qū)域。以上問題的研究均為理論成果，我們從數(shù)學(xué)上刻畫和解釋了系統(tǒng)安全和傳輸效率的關(guān)系。更為重要的是，我們提出了很多有趣的編碼方案來達到上述各種模型的容量區(qū)域，這在現(xiàn)實中有著十分重要的指導(dǎo)作用。另外一個非常有趣的結(jié)論產(chǎn)生在帶反饋的非降階的竊聽信道模型中，在該模型下，我們假設(shè)竊聽者的信道噪聲比合法用戶的信道噪聲還要小。這在一般的竊聽信道模型中是不可能保證系統(tǒng)安全的，因為竊