一种基于多载波的多播系统物理层安全方案

受限于发送方天线数目,无线多播系统整体信道通常不存在零空间,无法利用传统的物理层安全技术保证其安全传输。针对这一问题,该文提出一种基于多载波的多播系统物理层安全方案。首先,建立了多载波多播系统物理层安全通信模型;之后,通过分配载波产生合法用户的信道零空间,在零空间内引入人工噪声保证系统的安全传输;最后,以最大化保密传输速率为目标,在系统总功率受限情况下,利用Kuhn-Tucher条件对各子载波功率进行了优化。仿真结果表明:该方案不受限于发送方天线数目,并且所提功率分配方法的系统保密传输速率比等功率分配方法提升约2 bit/(s Hz)。     

基于接收机人工噪声的物理层安全技术及保密区域分析

提出了一种实现无线通信物理层安全的新方法,并从信息论的角度进行了性能分析。此方法通过合法接收者发送人工噪声来干扰窃听者信道,同时通过抵消技术使得自身不受人工噪声的影响。此方法无需信道信息的反馈,能够对抗多天线的窃听者,具有强的鲁棒性。此外基于地理位置信息提出了一种“保密区域”的新概念,可以作为物理层安全的评价标准和设计准则。分析和仿真结果表明所提算法对安全性能的提升较为明显,所提“保密区域”概念能够较好的从地理位置的角度评估物理层安全性能。      

利用人工噪声提高合法接收者性能的物理层安全方案

该文研究在采用波束赋形和人工噪声的物理层安全方案中利用人工噪声提高合法接收端性能。发送端根据发送符号和信道系数,判断人工噪声是否对合法接收端的信号检测有益,并针对有益噪声和无益噪声分别设计不同的噪声波束赋形矢量。通过利用有益噪声,在不改变窃听端接收信噪比的条件下,合法接收端的信噪比有较明显的提高。对误比特率和保密容量进行理论分析和仿真,结果显示,与传统的人工噪声方案相比,所提方案可提高合法接收端的性能,改善保密容量。     

人工噪声辅助的多用户安全传输方法

针对传统人工噪声辅助的安全传输方法无法适用于发射天线数等于接收天线数的多用户(Multiuser, MU)多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)系统的问题,提出了一种人工噪声辅助的多用户安全传输新方法。通过合理设计人工噪声与预编码矩阵,该方法可在同时满足所有用户传输需求的基础上,显著提升发射天线数等于接收天线数的MU-MIMO系统的安全性。同时,针对提出的方法进行了检测算法与平均保密速率的推导与分析。理论分析与仿真结果表明,所提方法可有效提升无线通信系统的安全性,在信噪比为20 dB时,该方法较传统方法的平均保密速率提升达到120%。     

空天地通信网络中物理层安全技术综述

空天地一体化通信网络是未来无线通信的发展趋势,其固有的广播特性和广阔的覆盖区域,将导致网络通信系统面临严重的安全威胁。如何保证空天地通信网络的安全性是一个亟待解决的问题。物理层安全技术作为一种有效的安全手段,在无线通信领域受到越来越多的关注。介绍了物理层安全的基础以及空天地通信信道模型,并对物理层安全中常见的窃听编码、波束成形、人工噪声、中继协作干扰和物理层密钥加密等技术进行了介绍和总结,最后提出了空天地通信网络中物理层安全面临的挑战和未来的发展趋势。     

增强物理层安全的联合发射天线选择和人工噪声技术

针对未来多天线通信系统的安全问题,提出了一种增强无线物理层安全的传输策略。该策略基于发射天线的选择以及人工噪声,并采用Alamouti编码。它可以使发射机和接收机以较低的复杂度代价提高合法信道的分集增益,同时有效干扰窃听信道,使通信系统获得更高的安全容量。对系统安全容量、天线数量、以及信息信号与人工噪声之间的功率分配等问题进行了研究,仿真结果表明,该传输策略能够有效地增强物理层安全。      

5G通信中的增强物理层安全信号处理技术探讨

本文主要针对5G通信中,关于增强物理层信号安全性的技术.这技术可以在数据发射和信道预判这两个阶段实现.在数据发射时,可以通过波束赋形环节来让整个信号质量得到提升,进而有效限制窃听者所能得到的信号强度.除此以外,对于人工噪声进行波束赋形也可以进一步限制窃听者所能够截取的信息.而在信道预判阶段,通过训练过程可以让窃听者的信道性能进一步恶化,这样可以从整体上提高数据信号发射的效果.     

无线物理层安全综述

无线通信网络具有组网灵活、接入便捷等特点,已在军事和经济等领域得到广泛应用。然而无线信道的广播特性和开放性也为信息的安全传输带来挑战。不同于传统基于秘钥的加密机制,物理层安全以信息论为基础,利用无线信道的衰落等内在特性增强通信系统的安全性能,为解决无线通信的安全问题提供了新的途径。回顾了物理层安全的发展历程,对物理层安全性能指标进行介绍,从信息理论安全、波束成形、中继协作、人工噪声和分集等5个方面,对物理层安全研究内容做了全面的总结归纳。最后给出物理层安全面临的挑战并进行展望。     

联合发端天线选择和收端人工噪声的物理层安全传输方法

该文在同频全双工技术快速发展的背景下,针对物理层安全研究中波束成形技术的高复杂度和发端天线选择(TAS)技术的低性能,提出一种联合发端天线选择和收端人工噪声(AN)的物理层安全传输方法TAS-rAN。首先,有多根天线的发端,利用天线选择技术,选取能使合法接收方接收信噪比最大的天线发送保密消息;其次,有同频全双工能力的收端,在接收到消息的同时,发送人工噪声来扰乱窃听方对保密消息的窃听。在Nakagami-m信道下,推导了安全中断概率的闭合表达式,并基于此,得到非零安全容量的概率表达式;通过渐进安全中断概率的推导,得到TAS-rAN方法的安全分集度。仿真结果表明,与已有的TAS-single和TAS-Alamouti方法相比,TAS-rAN安全方法具有较强的稳定性,且能提供更优的安全性能。     

多天线多载波系统物理层安全研究进展

无线通信传播媒介的开放性,使得无线通信的安全问题无处不在,并且成为了无线通信网络的重要研究课题。而物理层安全技术是指在物理层利用无线信道的随机特性,通过调制编码等技术实现信息的保密传输目标,是未来实现无线网络安全的重要技术分支。随着物理层先进传输技术——多天线、多载波技术的广泛采用,为物理层安全技术提供了更多的可行方案。针对多天线多载波技术推动的无线物理层安全研究最新进展,重点介绍了正交频分复用系统采用时域人造噪声提高安全速率的新方法,最后对未来无线物理层安全的若干潜在研究方向进行了展望。     

A Distributed Implementation Algorithm for Physical Layer Security Based on Untrusted Relay Cooperation and Artificial Noise

In this letter, we consider a cooperation system with multiple untrusted relays (URs). To keep the transmitted information confidential, we obtain joint channel characteristics (JCCs) through combining the channels from the source to the destination. Then, in the null space of the JCCs, jammers construct artificial noise to confuse URs when the source node broadcasts its data. Through a distributed implementation algorithm, the weight of each node can be obtained from its own channel state information. Simulation results show that high‐level security of the system can be achieved when internal and external eavesdroppers coexist.     

基于链路间干扰辅助的中继D2D系统安全通信方法

在包含中继节点的D2D(Device-to-Device)系统中,针对蜂窝链路与D2D链路同时受窃听的问题,提出一种基于链路间干扰辅助的中继D2D系统安全通信方法.首先,确定蜂窝链路与D2D链路上下行发送模式;然后,在基站与中继节点的发送信号中添加人工噪声,协作干扰窃听者;最后,对基站功率分配与D2D功率控制进行了优化,以实现不同类型链路间干扰辅助保障系统安全.仿真结果表明,所提出的安全通信方法在保密速率方面比SVD(Singular Value Decomposition)与ZF(Zero-Forcing)预编码方法提高了1.5bit/s/Hz.     

基于MIMO-OFDM的5G通信跨层安全传输技术研究

在对5G通信跨层安全传输技术进行研究的过程中,将MIMO-OFDM应用于5G通信跨层安全传输技术中,提出一种基于MIMO-OFDM的5G通信跨层安全传输技术.首先对5G通信系统的认证模型进行构建,以通过物理层对5G通信网络进行安全认证.基于MIMO-OFDM系统制订5G通信跨层安全传输方案,方案包括两个方向,一个方向是...     

基于信号对齐的动态人工噪声方法

传统物理层安全人工噪声方法无法带来合法用户可靠性增强.针对该问题,提出一种新型动态人工噪声生成方法,发送方利用噪声发送时权系数剩下的最后一个的自由度,来改变合法接收方收到的人工噪声的相位,使得噪声方向与瞬时信号方向对齐,以提升合法用户瞬时接收信噪比.首先给出了具体的实现方法,然后给出理论上相应的性能分析和复杂度分析.仿真结果表明在对窃听者造成同等干扰水平下该方法能够有效提升合法用户性能.     

IRS和人工噪声辅助的MIMO-SWIPT系统安全传输方案设计

针对多天线无线携能通信系统中能量收集节点作为潜在窃听者的信息安全问题,提出了一种智能反射面(Intelligent Reflecting Surface, IRS)和人工噪声辅助的物理层安全传输方案。首先考虑发射功率、能量收集门限以及IRS单位模约束,以最大化系统安全速率为优化目标,在合法用户直射链路不可用的情况下,联合设计发射端波束赋形矩阵、人工噪声协方差矩阵以及IRS相移矩阵,建模一非线性多变量耦合的非凸优化问题;接着利用均方误差准则等价转换非凸目标函数,并利用连续凸逼近方法(Successive Convex Approximation, SCA)处理非凸的能量收集约束;最后基于交替优化框架,分别用拉格朗日对偶方法和基于价格机制的优化最小化(Majorization-Minimization, MM)算法求解发射端变量和IRS端变量。仿真结果表明,与现有方案相比,所提算法能够在保障能量收集需求的同时大幅度提升系统的安全性能。     

射频能量采集非可信中继网络中物理层安全传输

射频能量采集技术为能量受限无线通信系统提供了一种有效的能量供给方式.假设能量受限中继节点具有射频能量采集能力,本文设计了中继非可信情况下的物理层安全传输方案,配置多天线的源节点采用发送天线选择策略来增强中继节点的能量采集性能,目的节点发送人工干扰来抑制非可信中继对保密信息的窃听.在瑞利块衰落信道条件下研究了所提方案的物理层安全性能,推导了系统安全中断概率、连接中断概率和安全吞吐量的闭式表达式.计算机仿真验证了理论推导的正确性,揭示了各系统参数对物理层安全性能的影响关系.     

一种基于Savitzky-olay滤波的物理层密钥生成方法

物理层密钥生成技术使得节点能够利用无线信道的物理特性直接生成共享密钥,从而保证无线通信过程的安全性。针对当前物理层密钥生成方案普遍存在实际场景下密钥生成率低的问题,提出了一个基于Savitzky-olay滤波的物理层密钥生成机制优化方案。该方案中,合法通信节点首先探测信道并通过Savitzky-olay滤波消除部分由信道干扰造成的信道状态差异,然后,利用多级量化以及格雷码将信道状态转为比特序列,最终通过Cascade交互式信息协调协议以及基于2阶全域哈希函数的保密增强生成合法节点之间的共享密钥。实验结果表明,基于Savitzky-olay滤波的优化方案能够有效提高物理层密钥生成过程的效率,提高了此类安全机制的实际可用性。     

5G通信背景下物理层安全技术研究

5G通信技术的迅速发展给通信安全提出了更高的要求,作为无线安全的颠覆性革命技术,物理层安全(Physical Layer Security,PLS)技术是实现安全与通信一体化的关键手段。物理层安全技术的本质是利用无线信道特性的内生安全机制,为"一次一密"提供一种可行思路。首先,对通信系统的各协议层以及不同协议层存在的安全威胁和漏洞进行了简单介绍;接着,针对物理层存在的安全问题,对目前所使用的物理层安全研究方向进行了总结和描述;最后,基于物理层密钥生成技术和物理层加密技术,提出了可采用的安全方案,着重介绍了基于调制的物理层加密技术和基于编码的物理层加密技术,从而保证系统的安全性能。