多天线无线通信系统中的物理层安全研究

发布时间：2021-07-22 17:22

　　本文主要探究多天线无线通信系统中的物理层安全问题,将分为传统频段与毫米波频段分别展开算法的设计。在传统频段,系统存在被动偷听者的情况已经得到了广泛细致的研究,因此,本文考查系统中存在一名积极偷听者时的情况。该偷听者发动导频欺骗攻击,使得发送方在上行导频训练阶段错误估计信道信息,造成下行数据传输过程中合法通信质量下降,更会导致严重的信息泄露。为了检测这种导频欺骗攻击并最大程度降低其带来的危害,本文提出了一种利用随机导频信号辅助的导频检测攻击算法。当检测器返回“系统不存在导频欺骗攻击”时,本文提出了两个增强算法:一是能够提高信道估计准确性的信道信息估计增强算法;二是能够有效防止由于检测器漏检造成信息泄露的下行数据保密传输策略。大量仿真实验证明,所提随机导频训练序列辅助的导频欺骗攻击检测器能够在各种情况下实现准确检测,其性能优于其他最新导频欺骗检测算法;所提两个增强算法同样能够实现各自的功能。另一方面,随着5G时代的到来,无线通信所使用的频段已拓展至毫米波频段,相关研究如火如荼,然而毫米波多输入多输出（MIMO）系统中的物理层安全技术,特别是保密混合波束成形设计算法,尚处在研究的初期阶段。因... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 无线通信物理层安全国内外研究现状
        1.2.1 传统频段安全问题
        1.2.2 毫米波频段安全问题
    1.3 本文研究内容和贡献概览
        1.3.1 传统频段多天线无线通信系统中的物理层安全研究
        1.3.2 毫米波频段多天线无线通信系统中的物理层安全研究
    1.4 毫米波频段无线通信物理层背景介绍
        1.4.1 毫米波信号的特点及信道模型
        1.4.2 毫米波系统架构模型
        1.4.3 毫米波系统中的波束成形技术
    1.5 本文的结构
2 本文研究的主要问题
    2.1 一种导频欺骗攻击检测算法与安全传输策略
        2.1.1 所研究多输入单输出(MISO)偷听系统模型
        2.1.2 没有导频欺骗攻击情况下的信道估计和波束成形滤波器设计
        2.1.3 导频欺骗攻击的危害
    2.2 采用波束成形技术的毫米波安全通信算法
        2.2.1 所研究毫米波通信系统的模型
        2.2.2 所研究毫米波通信信道的信道模型
        2.2.3 毫米波通信中的安全问题描述
        2.2.4 毫米波通信并不如想象中安全
    2.3 本章小结
3 传统频段多天线无线通信系统中的物理层安全研究
    3.1 随机导频训练辅助的导频欺骗攻击检测算法
        3.1.1 传统导频训练阶段
        3.1.2 随机导频训练阶段
        3.1.3 导频欺骗攻击检测算法及其性能分析
        3.1.4 偷听者在随机导频训练阶段选择发送信号的情况分析
    3.2 导频欺骗攻击检测后的通信策略
        3.2.1 信道估计增强
        3.2.2 下行传输的安全增强
    3.3 仿真实验
    3.4 本章小结
4 毫米波频段多天线无线通信系统中的物理层安全研究
    4.1 不依赖码本的混合保密波束成形滤波器设计
        4.1.1 偷听信道已知
        4.1.2 偷听信道未知
    4.2 依赖码本的保密混合波束成形滤波器设计
        4.2.1 偷听信道已知
        4.2.2 偷听信道未知
    4.3 仿真实验
        4.3.1 不依赖码本的设计算法
        4.3.2 依赖码本的设计算法
    4.4 本章小结
结论
参考文献
附录A 公式(2.8)公式(2.12)和公式(2.14)的证明
附录B 公式(4.11)和公式(4.12)的证明
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢



本文编号：3297571