基于物理层的未来无线增强安全通信研究

发布时间：2017-09-08 17:02

  本文关键词：基于物理层的未来无线增强安全通信研究

  更多相关文章： 波束成形 安全编码 空间调制 跨层安全 正交频分复用

【摘要】：未来无线通信系统(5G)提出了高速传输、快速接入、好的用户体验和高安全的需求,传统的安全措施已无法满足要求。物理层安全新技术从无线通信的本质出发,充分利用无线信道特性,把通信的安全技术和通信的可靠技术联合起来考虑。在5G系统中通过充分利用5G物理层新技术结合物理层安全信号设计,实现高安全传输、并满足快速接入的需求。MIMO-OFDM是4G的核心技术,在未来5G通信中的Massive MIMO中,MIMO-OFDM依然是基础技术和关键技术,空间调制技术是MIMO技术的一个重要分支,其能够完全的避免的多根天线同时发射信号时产生的信道间干扰和发射天线需要同步的问题,显著提高频率利用率,也将未来MIMO技术发展的一个重要方向。论文在这些物理层传输技术基础上进行了物理层安全信号设计,并在USRP上开始了实验验证。首先,本文针对Wyner提出的实现“无条件秘密通信”的两个步骤,设计了MIMO优势信道建立和安全编码联合的实现方案,首先通过SVD分解的波束成形方案充分地利用了无线信道的随机性使得合法用户优势信道得以建立,再设计了基于回弹函数来构造的安全编码进一步增大窃听者的误码率。然后,本文针对MIMO技术中的空间调制技术,尝试采用传统的密码技术对发射符号进行选择,实现跨层的安全传输方案,接着通过研究空间调制技术的特殊性,提出同时对发射符号和发射天线序号跨层,通过仿真验证了其可行性,并从原理上分析了其可行性。最后,本文在详细讨论了OFDM加密跨层安全传输技术,通过USRP开展了实验验证,成功验证了其可行性。本文所提方案对4G和未来5G移动通信系统均适用,在不明显增加通信系统开销的同时可以提供更高级别的安全保障,兼顾了通信系统的可靠性和安全性。
【关键词】：波束成形 安全编码 空间调制 跨层安全 正交频分复用
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN918
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 绪论14-18
• 1.1 研究背景14-16
• 1.2 本文主要工作以及创新点16-17
• 1.3 论文章节安排17-18
• 第二章 波束成形和安全编码联合的无条件安全通信模型18-28
• 2.1 背景介绍18-19
• 2.2 基于SVD预编码的波束成形优势信道建立19-27
• 2.2.1 SVD预编码原理19-20
• 2.2.2 基于回弹函数的安全编码构造方法20-23
• 2.2.3 结合安全编码和SVD预编码的安全通信模型23-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 空间调制跨层安全传输系统28-52
• 3.1 空间调制技术概况28
• 3.2 空间调制原理28-30
• 3.3 空间调制系统模型详述30-33
• 3.4 空间调制跨层安全传输33-37
• 3.4.1 空间调制跨层安全方案发射端设计33-34
• 3.4.2 空间调制跨层安全方案接收端设计34-35
• 3.4.3 仿真结果及分析35-37
• 3.5 空间调制跨层优化方案37-51
• 3.5.1 天线序号跨层方案37-39
• 3.5.2 优化后的空间调制跨层方案39-47
• 3.5.3 窃听者已知发射天线序号控制序列的接收性能47-49
• 3.5.4 窃听者已知调制符号控制序列的接收性能49-51
• 3.6 本章小节51-52
• 第四章用USRP实现MIMO-OFDM跨层52-71
• 4.1 LABVIEW以及USRP介绍52-55
• 4.1.1 LABVIEW概述52
• 4.1.2 USRP（Universal Software Radio Peripheral）介绍52-55
• 4.2 MIMO-OFDM系统的USRP实现55-61
• 4.2.1 发射端具体模块和流程56-59
• 4.2.2 接收端模块实现59-61
• 4.3 LTE帧结构61-63
• 4.4 MIMO-OFDM系统的跨层原理63-67
• 4.4.1 OFDM系统发射端加密64-65
• 4.4.2 OFDM系统接收端解密65-67
• 4.5 USRP验证OFDM跨层安全方案67-70
• 4.5.1 LABVIEW的MathScript介绍67
• 4.5.2 USRP验证OFDM跨层安全方案的结果67-70
• 4.6 本章小结70-71
• 第五章 总结与展望71-73
• 5.1 工作总结71
• 5.2 展望71-73
• 致谢73-74
• 参考文献74-77
• 攻读硕士学位期间的研究成果77-78

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