基于星地信道特性的物理层安全关键技术研究及实现
发布时间：2021-02-13 02:45
卫星通信网络技术在我国发展迅速,广泛应用于各行各业。随着星地通信系统规模增加,卫星通信网络用户越来越多,星地通信安全越发重要。传统的基于密码学的计算安全,由于计算机计算能力的提升而面临挑战。物理层安全通过结合无线信道特性保障安全传输,因安全性高而备受关注。论文从物理层出发,研究和实现基于星地信道特性的身份认证和密钥加密通信等安全传输关键技术。论文首先对星地通信信道特性进行分析,相比于地面传输链路,星地传输链路具有高延迟和强衰减等特性。星地信道存在直射路径,主径衰落服从Rician分布,参考经典5径低轨卫星信道功率延迟分布参数,建立多抽头延时信道模型。接着论文对星地安全通信身份认证技术进行理论研究,包括基于信道特性和基于水印信息的身份认证技术。论文首先分析星地安全通信场景,由于信道具有互易性与唯一性,可以建立基于信道特性的二元假设检验模型,提取信道特征值后,计算多维检验统计量进行身份判决。论文对恒虚警概率条件和最小化代价函数条件下的认证检测门限进行了理论分析和推导,并仿真验证,结果显示信噪比10dB时认证率在90%以上。论文接下来研究了基于正交频分复用（Orthogonal Freque...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：117 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
LabVIEW程序框图示例
第四章物理层安全通信系统实现65图4-2LabVIEW程序前面板示例综上所述，LabVIEW使用数据流处理思路编写程序，能够结合多种编程语言和硬件设备，具有灵活高效的特点，适合结合硬件开发通信试验平台。4.1.1.2USRP介绍NI推出的USRP包含射频端上变频和下变频转换器，加上具有ADC与DAC转换器，能够完成数字基带信号到模拟射频信号的转换。作为理想的原型验证选择，应用在诸多领域，其外观及组成如图4-3所示。USRPR系列使用经典的软件无线电通用结构，其中最重要的是设备内的母板和射频子板。母板包含有定时时钟模块、现场可编程门阵列(FieldProgrammableGateArray，FPGA)、数模和模数转换器和一些与外部接口等。Kintex-7FPGA芯片2个已优化射频前端用户可编程数字I/O口高速度和低时延PCIex4总线多设备同步接口可配置精校频率/GPS时钟接口最高40MHz带宽通道
电子科技大学硕士学位论文66图4-3NIUSRP2943R外观及组成基于LabVIEW和USRP搭建通信链路时，在射频发射端，计算机处理过的I/Q两路数字基带信号通过PCIe线缆传送给NIUSRP2943R设备内FPGA芯片，完成数字上变频，再由高速数模转换器将数字信号转换为模拟信号。IQ混频调制后，经功率放大后通过射频天线发射。在射频接收端，信号处理过程为发端反向：接收射频信号按顺序通过低噪声放大器、混频、低通滤波、模数转换和数字下变频转换变为数字基带信号，再通过PCIe线缆传到计算机进行后续处理。本文物理层安全通信系统实现过程主要采用软件无线电节点NIUSRP2943R系列设备和高吞吐率的上位机组成系统硬件平台，对关键技术进行硬件验证，并集合PC机基于LabVIEW编程软件进行软硬件联合仿真和结果输出。4.1.2物理层安全通信系统实现原理4.1.2.1系统部件组成整个物理层安全通信系统试验平台构成可以分为硬件部件和软件部件。软件组成主要包括NILabVIEW2015SP1和数学软件MATLAB，硬件组成主要包括SMA同轴电缆线、PCIex4线缆、全向辐射射频天线、NIUSRP2943R通用软件无线电设备、集成GPSDO模块的8通道时钟分配模块NIOctoClock和具有高性能处理器的上位机。试验台所需使用的硬件如图4-4所示。(b)NIOctoClock10MHz时钟(d)SMA线缆及射频天线图4-4试验台硬件组成图4.1.2.2信号处理流程星地物理层安全通信系统测试场景中，包含对于基于信道特性的身份认证技术和密钥生成技术的验证过程。身份认证测试场景中，包含合法星端发送方Alice、
【参考文献】：
期刊论文
[1]A Novel Cooperative Physical Layer Security Scheme for Satellite Downlinks[J]. LIU Jun,WANG Jingjing,LIU Weixin,WANG Qunyang,WANG Mengyuan. Chinese Journal of Electronics. 2018(04)
硕士论文
[1]基于LTE的卫星移动通信上行链路关键技术研究[D]. 刘坤.电子科技大学 2017
[2]基于无线信道特征的密钥生成方法研究[D]. 曹中强.南京邮电大学 2016
[3]基于无线信道的物理层密钥生成技术[D]. 胡惠菊.南京邮电大学 2016
[4]基于MIMO信道估计密钥生成协议的研究[D]. 李宇琪.北京邮电大学 2015
本文编号：3031843
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：117 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
LabVIEW程序框图示例
第四章物理层安全通信系统实现65图4-2LabVIEW程序前面板示例综上所述，LabVIEW使用数据流处理思路编写程序，能够结合多种编程语言和硬件设备，具有灵活高效的特点，适合结合硬件开发通信试验平台。4.1.1.2USRP介绍NI推出的USRP包含射频端上变频和下变频转换器，加上具有ADC与DAC转换器，能够完成数字基带信号到模拟射频信号的转换。作为理想的原型验证选择，应用在诸多领域，其外观及组成如图4-3所示。USRPR系列使用经典的软件无线电通用结构，其中最重要的是设备内的母板和射频子板。母板包含有定时时钟模块、现场可编程门阵列(FieldProgrammableGateArray，FPGA)、数模和模数转换器和一些与外部接口等。Kintex-7FPGA芯片2个已优化射频前端用户可编程数字I/O口高速度和低时延PCIex4总线多设备同步接口可配置精校频率/GPS时钟接口最高40MHz带宽通道
电子科技大学硕士学位论文66图4-3NIUSRP2943R外观及组成基于LabVIEW和USRP搭建通信链路时，在射频发射端，计算机处理过的I/Q两路数字基带信号通过PCIe线缆传送给NIUSRP2943R设备内FPGA芯片，完成数字上变频，再由高速数模转换器将数字信号转换为模拟信号。IQ混频调制后，经功率放大后通过射频天线发射。在射频接收端，信号处理过程为发端反向：接收射频信号按顺序通过低噪声放大器、混频、低通滤波、模数转换和数字下变频转换变为数字基带信号，再通过PCIe线缆传到计算机进行后续处理。本文物理层安全通信系统实现过程主要采用软件无线电节点NIUSRP2943R系列设备和高吞吐率的上位机组成系统硬件平台，对关键技术进行硬件验证，并集合PC机基于LabVIEW编程软件进行软硬件联合仿真和结果输出。4.1.2物理层安全通信系统实现原理4.1.2.1系统部件组成整个物理层安全通信系统试验平台构成可以分为硬件部件和软件部件。软件组成主要包括NILabVIEW2015SP1和数学软件MATLAB，硬件组成主要包括SMA同轴电缆线、PCIex4线缆、全向辐射射频天线、NIUSRP2943R通用软件无线电设备、集成GPSDO模块的8通道时钟分配模块NIOctoClock和具有高性能处理器的上位机。试验台所需使用的硬件如图4-4所示。(b)NIOctoClock10MHz时钟(d)SMA线缆及射频天线图4-4试验台硬件组成图4.1.2.2信号处理流程星地物理层安全通信系统测试场景中，包含对于基于信道特性的身份认证技术和密钥生成技术的验证过程。身份认证测试场景中，包含合法星端发送方Alice、
【参考文献】：
期刊论文
[1]A Novel Cooperative Physical Layer Security Scheme for Satellite Downlinks[J]. LIU Jun,WANG Jingjing,LIU Weixin,WANG Qunyang,WANG Mengyuan. Chinese Journal of Electronics. 2018(04)
硕士论文
[1]基于LTE的卫星移动通信上行链路关键技术研究[D]. 刘坤.电子科技大学 2017
[2]基于无线信道特征的密钥生成方法研究[D]. 曹中强.南京邮电大学 2016
[3]基于无线信道的物理层密钥生成技术[D]. 胡惠菊.南京邮电大学 2016
[4]基于MIMO信道估计密钥生成协议的研究[D]. 李宇琪.北京邮电大学 2015
本文编号：3031843
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