毫米波无线通信物理层安全传输技术研究
发布时间：2021-08-14 15:11
安全性能是无线通信系统的一项重要指标。传统的加密安全传输技术是在系统上层先对信息进行加密处理,然后通过无线信道传输到目标用户。但由于无线信号的广播传输特性,窃听者很容易窃听到加密后的无线信号并采用高性能的计算机进行破解。因此,传统的加密安全传输技术仍然存在安全隐患。物理层安全技术是利用信道特征实现安全无线通信,无需在系统上层对信息进行加密。由于低频段频谱资源枯竭,新一代无线通信系统为满足更宽带宽和更高速率需求,载波频率朝着更高频的毫米波频段发展已成必然。通信频段的升高,引起了信道特性的变化。毫米波路径损耗大、反射能力强、衍射能力弱的独特信道特性使得无线通信方式从单天线向大规模天线阵列波束成形转变,产生物理层安全领域研究的新挑战。虽然阵列天线数量的增加提升了毫米波波束的物理层安全性能,但当窃听者的接收增益无限增加或者窃听者处于波束传播的主瓣方向时,物理层安全技术仍然会失效。因此,研究解决旁瓣区域敏感窃听问题和波束主瓣窃听问题对提升毫米波波束成形传输系统的物理层安全性能有重要的意义。为此,本文针对传统波束旁瓣区域的敏感窃听难题和波束主瓣窃听难题,通过开拓相控天线阵列的幅度、频率和相位自由度...
【文章来源】：北京邮电大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１无线广播通信示意图??目前，解决私密信息无线传输过程中安全问题的技术主要有两类分别是??１??
第二章研究基础??第二章研究基础??２．?１物理层安全无线传输模型??＋?？讀—解调—２１丨??发射星座?－．ｙｔＴＵＺｌＵ???丨腿?ｉ??「?；—■；?；?；?Ｉ?Ｎｒｂ?ｉ??！?｜私密Ｈ基带［ｊＪ天线（＾：：：少’?ｉ?°?ｉ??！信息?调制?阵列＆？？？??ｉ?Ａ－１．．１，．?Ｎｆ．．?｜?天线信息！??＼?阵列?Ｍ?还原；??星座?｜?Ｎｒｅ?Ｅｖｅ??ｌ?ｊ??图２－１物理层安全无线传输模型??物理层安全传输模型图如图２－１所示，假设存在三个用户，分别是发射用户??（Ａｌｉｃｅ）、目标接收用户（Ｂｏｂ）和窃听者（Ｅｖｅ）。私密信息从Ａｌｉｃｅ发射给Ｂｏｂ，??Ｅｖｅ是主动的窃听者，可以通过自由选择最佳接收位置和无限增加接收设备增益??等措施提升窃听效果。Ａｌｉｃｅ知道Ｂｏｂ的具体位置，但不知道Ｅｖｅ的位置信息。??Ａｌｉｃｅ采用物理层安全传输技术提升Ｂｏｂ的接收信噪比并抑制Ｅｖｅ的信干噪比。??假设发射和接收之间采用大规模多输入多输出天线阵列，发射端的天线数量??为化，目标接收端天线为，窃听接收端的天线为／ＶＲＥ。如果基带调制后的信??号为Ｘ，其数学期望Ｅ［Ｗ２］?＝?１，发射功率为／Ｖ，则接收信号为??ｙｔ?＝?ｙｆＰ＾ＢｉＸ?＋?ｒ］ｈ?（２－１）??式中，ｉ?ｅ?［Ｂｏｂ，Ｅｖｅ］，代表目标用户或者窃听用户的信号。７７代表加性高斯白噪声??（Ａｄｄｉｔｉｖｅ?Ｗｈｉｔｅ?Ｇａｕｓｓｉａｎ?Ｎｏｉｓｅ，ＡＷＧＮ），其均值为０，方差为彳。民为发射和??接收的波束成形系数。在传统的波束成形技术中，Ａ为实数，通过提升波束主瓣??增益和抑制
ａ（０）?＝?ｅＪ￣２ｘ?￣ｃｏｓｅ＞ｅ］￣￣２Ｘ—ｃｏｓｅ，：．，ｅ?￣ｃｏｓｅ?？?（２－８）??由于毫米波的直射路径信号非常强，而反射路径信号非常弱，多径传播中反??射路径信号至少比直射路径信号衰减了?２０ｄＢ［９６］，可以忽略反射路径信号的影响，??只考虑直射路径信号。直射路径的信道模型可以表示为??ｈ（０）?＝?ＰＬ（Ｒ）ａ（９）．?（２－９）??２．?３传统波束旁瓣抑制的物理层安全传输技术??基带调制??〇??〇??〇??〇??〇??〇??相控阵列??图２－２传统波束成形技术结构图??毫米波无线通信系统用波束成形技术补偿高频路径损耗。在天线阵列上同时??发射多路携带相同信息的信号，实现多路信号在目标方向区域有效叠加形成波束??主瓣和在非标目标方向区域相互抵消形成波束旁瓣。根据波束成形技术所处的位??置，可以分为发射波束成形、接收波束成形和发射接收波束成形三种［９７］。本文主??要研究发射波束成形技术，采用物理层安全传输方案，把私密信息安全输送到目??标用户。发射端采取的各项物理层安全措施，针对的都是各个潜在的窃听者，对??１２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Physical Layer Security with Its Applications in 5G Networks:A Review[J]. Li Sun,Qinghe Du. 中国通信. 2017(12)
[2]发射聚焦式的多天线跳空安全通信技术[J]. 俱莹,殷勤业,陈媛,杨骞. 西安交通大学学报. 2015(06)
博士论文
[1]存在信道误差的无线通信系统的稳健信号处理方法[D]. 马帅.西安电子科技大学 2016
硕士论文
[1]协作波束成形与多中继物理层安全[D]. 卢冰冰.山东大学 2015
本文编号：3342695
【文章来源】：北京邮电大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１无线广播通信示意图??目前，解决私密信息无线传输过程中安全问题的技术主要有两类分别是??１??
第二章研究基础??第二章研究基础??２．?１物理层安全无线传输模型??＋?？讀—解调—２１丨??发射星座?－．ｙｔＴＵＺｌＵ???丨腿?ｉ??「?；—■；?；?；?Ｉ?Ｎｒｂ?ｉ??！?｜私密Ｈ基带［ｊＪ天线（＾：：：少’?ｉ?°?ｉ??！信息?调制?阵列＆？？？??ｉ?Ａ－１．．１，．?Ｎｆ．．?｜?天线信息！??＼?阵列?Ｍ?还原；??星座?｜?Ｎｒｅ?Ｅｖｅ??ｌ?ｊ??图２－１物理层安全无线传输模型??物理层安全传输模型图如图２－１所示，假设存在三个用户，分别是发射用户??（Ａｌｉｃｅ）、目标接收用户（Ｂｏｂ）和窃听者（Ｅｖｅ）。私密信息从Ａｌｉｃｅ发射给Ｂｏｂ，??Ｅｖｅ是主动的窃听者，可以通过自由选择最佳接收位置和无限增加接收设备增益??等措施提升窃听效果。Ａｌｉｃｅ知道Ｂｏｂ的具体位置，但不知道Ｅｖｅ的位置信息。??Ａｌｉｃｅ采用物理层安全传输技术提升Ｂｏｂ的接收信噪比并抑制Ｅｖｅ的信干噪比。??假设发射和接收之间采用大规模多输入多输出天线阵列，发射端的天线数量??为化，目标接收端天线为，窃听接收端的天线为／ＶＲＥ。如果基带调制后的信??号为Ｘ，其数学期望Ｅ［Ｗ２］?＝?１，发射功率为／Ｖ，则接收信号为??ｙｔ?＝?ｙｆＰ＾ＢｉＸ?＋?ｒ］ｈ?（２－１）??式中，ｉ?ｅ?［Ｂｏｂ，Ｅｖｅ］，代表目标用户或者窃听用户的信号。７７代表加性高斯白噪声??（Ａｄｄｉｔｉｖｅ?Ｗｈｉｔｅ?Ｇａｕｓｓｉａｎ?Ｎｏｉｓｅ，ＡＷＧＮ），其均值为０，方差为彳。民为发射和??接收的波束成形系数。在传统的波束成形技术中，Ａ为实数，通过提升波束主瓣??增益和抑制
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【参考文献】：
期刊论文
[1]Physical Layer Security with Its Applications in 5G Networks:A Review[J]. Li Sun,Qinghe Du. 中国通信. 2017(12)
[2]发射聚焦式的多天线跳空安全通信技术[J]. 俱莹,殷勤业,陈媛,杨骞. 西安交通大学学报. 2015(06)
博士论文
[1]存在信道误差的无线通信系统的稳健信号处理方法[D]. 马帅.西安电子科技大学 2016
硕士论文
[1]协作波束成形与多中继物理层安全[D]. 卢冰冰.山东大学 2015
本文编号：3342695
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