摘要
随着宽带移动通信技术的蓬勃发展，无线通信已经成为信息交互的主要手段，逐渐取代了传统有线通信。然而，由于电磁波具有天然的广播特性，无线信号很容易被非法第三方截获，从而给信息安全带来极大风险。因此，抗截获是保证无线信息传输安全的核心关键之一。隐蔽通信技术是一种基于信息论视角的新型无线抗截获通信技术，能够在保证信息可靠传输的同时防止通信信号被非法第三方截获。为了解决传统隐蔽通信技术通信容量低下的问题，本论文研究了协作隐蔽通信技术，通过协作方案设计和系统资源优化配置来提高系统的隐蔽通信容量。具体研究内容和贡献如下： 第一部分研究了基于设备直连（Device-to-Device, D2D）中继协作的隐蔽通信系统，利用李雅普诺夫加惩漂移（Lyapunov Drift-Plus-Penalty, DPP）算法解决特定安全区域隐蔽通信动态中继选择和功率分配优化问题。由于该问题受策略集合上的平均时间约束，可以通过动态中继选择和功率分配建模为无限期平均时间更新奖励问题。仿真结果验证了与传统分支定界（Branch and Bound, BnB）、随机选择（Random Selection, RS）方案相比，所提出的动态选择方案可以获得更高的传输速率，且该方案可以同时提高系统资源利用效率。 第二部分研究了基于无人机干扰协作的隐蔽通信系统，提出了几何方法（Geometric Method, GM）解决无人机轨迹和发射方功率联合优化问题。该方法通过阿氏球分析，直接求解无人机飞行轨迹和合法通信方发射功率的闭合表达式。因此，可以避免使用高计算复杂度的连续凸逼近方法来优化无人机的飞行轨迹。数值仿真表明，与连续凸逼近方法相比，所提出方法能够在较低计算复杂度前提下，提升系统的隐蔽通信容量。另一方面，仿真结果还表明，只要飞行时间足够长，无人机会在空中的最优位置悬停一段时间，且最优悬停位置总是在接收方和监听方的连接的直线上，为工程实践提供了重要的理论依据。 第三部分研究了基于接收方闭环协作的可扩展隐蔽通信系统，考虑了在物理退化加性高斯白噪声窃听信道上如何隐蔽传输多条信息的问题。现有关于隐蔽通信的工作证明了在AWGN信道下隐蔽通信在信道n次使用中传输的的最大信息量与√n成比例。但上述的通信方案主要关注在一定时间内可以发送的最大比特数，为了达到这个最大值，通信方案必须采用“一次性”的设计方式，这意味着该方案只能用于传递一个预定长度的单个消息，不适用于多条消息传输。本文所提出的基于接收方闭环协作的可扩展隐蔽通信，利用了Schalkwijk and Kailath（SK）编码方案实现多条消息的隐蔽传输，并且从理论上严格证明了所提出的SK编码方案的可达性。
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