Energy Efficient Artificial Noise And Artificial Fast Fading Generation Schemes for MIMO transmission Systems

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15K06079
• Research Institution: Chiba Institute of Technology
• Principal Investigator: 佐波 孝彦 千葉工業大学, 情報科学部, 教授 (60293742)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 物理層セキュリティ / 人工雑音 / 人工高速フェージング / MIMO / プリコーディング

Outline of Annual Research Achievements

本研究では，多入力多出力（MIMO）伝送システムにおいてエネルギー効率を改善する人工雑音（AN）および人工高速フェージング（AFF）の生成手法を確立することを目的としていた。MIMO伝送では，複数のデータストリームを各受信アンテナで干渉なく受信できるようにするために，送信機においてプリコーディング処理が行われる。本課題では，初年度にこのようなプリコーディングを用いるMIMOシステムに通常の生成原理に基づくANを使用した場合，エネルギー損失を引き起こし，秘密レートが劣化することを明らかにするとともに，近年の高速無線通信の多くで採用されている直交周波数多重分割（OFDM）を使うMIMOシステムにおいてエネルギー損失を改善できるAN生成法を明らかにしてきた。さらに2年目以降は，人工高速フェージングの生成手法においてもエネルギー損失を低減可能な手法を明らかにしてきた。
平成30年度は，マルチユーザMIMO-OFDMシステムに適した物理層セキュリティについての検討についてのまとめを行なった。ANやAFF生成法で得られた知見を応用し，仮想受信機と呼ぶ実際には存在しない受信機を仮定し，仮想受信機向けのランダム信号を送信信号に重畳することで，エネルギー損失を引き起こすことなく秘匿性を向上できる新たな方式を考案した。仮想受信機向けのランダム信号は正規受信局では打ち消されるが，盗聴局は，その信号を分離できないため，秘匿性が向上する．中でもプリコーディングとしてTomlinson-Harashimaプリコーディングを用いた方式は，盗聴局が仮想受信機の通信路を推定することができず，劇的に秘密レートを向上可能であることを明らかにした。