物理层认证的中间人导频攻击分析

现有物理层认证机制依赖合法信道状态信息(CSI)的私有性,一旦攻击者能够操控或窃取合法信道,物理层认证机制就会面临被攻破的威胁。针对上述缺陷,该文提出一种中间人导频攻击方法(MITM),通过控制合法双方的信道测量过程对物理层认证机制进行攻击。首先对中间人导频攻击系统进行建模,并给出一种中间人导频攻击的渐进无感接入策略,该策略允许攻击者能够顺利接入合法通信双方;在攻击者顺利接入后,可对两种基本的物理层认证机制发起攻击:针对基于CSI的比较认证机制,可以实施拒绝服务攻击和仿冒接入攻击;针对基于CSI的加密认证机制,可以实现对信道信息的窃取,从而进一步破解认证向量。该攻击方法适用于一般的公开导频无线通信系统,要求攻击者能够对合法双方的导频发送过程进行同步。仿真分析验证了渐进无感接入策略、拒绝服务攻击、仿冒接入攻击、窃取信道信息并破解认证向量等多种攻击方式的有效性。     

物理层认证的中间人导频攻击分析

现有物理层认证机制依赖合法信道状态信息(CSI)的私有性,一旦攻击者能够操控或窃取合法信道,物理层认证机制就会面临被攻破的威胁.针对上述缺陷,该文提出一种中间人导频攻击方法(MITM),通过控制合法双方的信道测量过程对物理层认证机制进行攻击.首先对中间人导频攻击系统进行建模,并给出一种中间人导频攻击的渐进无感接入策略,该策略允许攻击者能够顺利接入合法通信双方;在攻击者顺利接入后,可对两种基本的物理层认证机制发起攻击:针对基于CSI的比较认证机制,可以实施拒绝服务攻击和仿冒接入攻击;针对基于CSI的加密认证机制,可以实现对信道信息的窃取,从而进一步破解认证向量.该攻击方法适用于一般的公开导频无线通信系统,要求攻击者能够对合法双方的导频发送过程进行同步.仿真分析验证了渐进无感接入策略、拒绝服务攻击、仿冒接入攻击、窃取信道信息并破解认证向量等多种攻击方式的有效性.     

联合时域−波束域非正交多址接入

为了提高系统容纳连接设备的能力,提出了一种适用于毫米波大规模多输入多输出系统的联合时域?波束域非正交多址接入方案。该方案利用用户空间信道的相关性和差异性实现波束域接入,利用稀疏扩频技术实现时域接入,并以提高系统的通信可靠性为优化目标,构造并求解了联合域稀疏接入矩阵设计的优化问题。最后,基于联合域信道质量对接入矩阵进行重构,并在消息传递算法中加入干扰消除操作,降低译码复杂度的同时提高了通信可靠性。     

多载波NOMA安全通信系统稳健性资源分配算法

为提升无线网络频谱利用率和增强信息传输的安全性,针对下行多载波非正交多址接入安全通信系统,提出了一种基于安全和速率最大化的稳健性资源分配算法.首先,设计人工噪声(AN)预编码矢量与合法用户信道正交,消除人工噪声对合法传输的影响.然后,考虑每个用户最小速率约束、基站最大功率约束,基于窃听信道不确定性建立AN预编码、下行数...     

基于时间反演的多用户下行安全传输技术

无线通信是开放的自由空间，窃听用户可能在通信过程中对信息进行窃取.针对多用户下行链路的信息泄露问题，提出一种基于时间反演（time reversal，TR）且采用波束赋形（beam forming，BF）技术优化的安全传输方案.该方案以最大化安全容量为多用户通信准则，建立多输入单输出（multiple-input single-output，MISO）窃听信道模型.一方面基站采用BF技术使信号在指定方向上增强，针对期望用户发送需求信号；另一方面由于TR技术对环境是自适应的，基站的信号在发射之前都要经过TR腔，其空时聚焦性使能量聚焦在合法接收方，保密性能更优.理论分析和仿真结果表明:与已有物理层安全方案相比，所提方案安全容量更高，误比特率更低.     

面向mMIMO系统的模式分割随机接入方案

为提升海量机器类通信（massive machine-type communication,m MTC）设备的随机接入（random access,RA）性能,提出一种面向大规模多输入多输出（massive multiple-input multiple-output,m MIMO）系统的模式分割随机接入（pattern division random access,PDRA）方案。该方案将导频竞争空间扩展到模式域,通过叠加同一ZC(Zadoff-Chu）根序列的L个不同循环移位序列,设计基于“图样叠加”的模式域导频,在不增加物理资源的前提下扩大导频集合。仿真结果表明,在不影响信道估计和数据检测性能的前提下,与传统RA方案相比,PDRA方案能够显著降低导频碰撞概率,提高接入成功率。     

多组多播集中式大规模MIMO系统的安全性能分析

分析了主动攻击下的多组多播集中式大规模多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)系统的安全性能。基于上行导频训练估计的信道状态信息,系统采用功率限制下的共轭波束成形方案实现下行多播传输。通过分析合法用户安全速率的下界和窃听者信息速率的上界,得到了系统安全速率下界的闭合表达式。进一步,推导出基站天线数趋于无穷大情况下此安全传输系统能获取的极限安全速率。实验仿真验证了所得结果的正确性。     

物理层安全的随机波束成型传输算法

针对传统信息论物理层安全研究中,对合法用户信道质量要求较高的问题,文中提出随机波束成型的物理层安全传输方法。该方法通过在主信道特征向量的垂直方向构造人工随机波束成型信道,使得合法用户与窃听方信道传输特征的差异性转化为信道质量的差异,最终得到正的保密容量。为保证算法的完备性,文章解决了三方面问题:1）给出随机波束成型的空间构造方法;2）随机波束成型方法的保密容量和最佳信源分布;3）人工随机信道的构造方法。最后针对采用随机波束成型算法的发送分集系统,通过设计、仿真其噪声发生和功率分配方案,进一步说明即使在合法用户信道质量差的情况下,随机波束成型传输算法也可获得保密传输容量。      

基于信道CSI的抗窃听信号安全保障方法研究

随着无线通信网络在全球范围内蓬勃发展,无线通信网络中的隐私和安全问题引起了广泛的研究。物理层安全技术方案已被证明是解决未来网络安全性能的重要方案,有望满足日益增长的用户安全通信需求。为了防止窃听者窃取保密信息,在合法信道和窃听信道的信道状态信息（Channel State Information,CSI）已知的情况下,文章提出一种抗窃听物理层安全预编码方案。该方案能够有效提升合法信道的信道容量,在合法用户（Bob）和窃听用户（Eve）之间产生容量差以保证信息的安全传输,同时使得合法用户的中断概率远低于窃听用户,从而保证信息传输的可靠性。仿真结果证明了所提方案的有效性。     

双IRS辅助大规模MIMO系统中基于双时间尺度的信道估计方案

在双智能反射面（IRS）辅助的大规模多入多出（MIMO）通信系统中,为获取信道状态信息（CSI）而进行的信道估计需要较大的导频开销。考虑到基站（BS）-IRS信道与IRS-IRS信道具有高维且准静态的特性,而IRS-用户（UE）信道具有低维且时变的特性,本文提出一种基于双时间尺度的信道估计方案。首先,对于准静态信道,由BS发送导频并基于坐标下降算法和最小二乘法分别估计BS-IRS信道和IRS-IRS信道。然后根据准静态信道的估计结果进一步基于最小二乘法估计IRS-UE信道。仿真结果表明,本文所提出的方案可以采用低于对比方案50%的导频开销来获取低于对比方案近10 dB的估计归一化均方误差（NMSE）,实现用更少的导频开销获取更高的信道估计精度。     

MIMO异构网络中一种基于人工噪声的抗主动窃听者的鲁棒安全传输方案

为保证MIMO异构网络面临多天线主动窃听时的安全性,该文提出一种基于人工噪声的抗主动窃听者的鲁棒安全传输方案。首先,考虑窃听者发送上行导频干扰的情形,研究了其发送的上行导频干扰对合法用户信道估计的影响。随后,基于信道估计结果对宏基站、微基站的下行数据与噪声信号的预编码矩阵进行设计,并推导了此种情形下系统安全速率的表达式。然后,以系统安全速率最大化为目标对基站的下行数据与噪声信号的发送功率进行优化设计,并提出一种基于1维线性搜索的求解方法。进一步地,考虑窃听者在发送上行导频干扰后,继而发送噪声干扰用户下行通信的情形,提出一种基于离散零和博弈方法来获取最优的发送功率设计。仿真结果验证了所提方案的安全性和鲁棒性。     

ZigBee同频攻击检测抑制模型研究

针对ZigBee通信中易遭受同频攻击导致数据阻塞和失真问题,该文提出一种同频攻击检测模型。该模型利用信号频谱的高斯分布规律和同频攻击对变换域幅值的影响进行同频攻击检测。在此基础上,通过嵌入空闲频带信道跳变机制和基于可变退避周期及接入概率的自适应退避算法,给出了同频攻击检测抑制方案。实验结果表明,该文模型和方案可以有效抵御同频攻击。     

串行干扰消除接收机下模式分割随机接入设计与分析

利用模式域导频进行信道估计的PDRA框架可有效减轻机器类通信MTC背景下RA的导频碰撞问题。为进一步探索PDRA框架的潜能,将串行干扰消除SIC接收机与PDRA结合,利用SIC算法消除解码成功用户的模式域导频信号来降低干扰,从而缓解导频碰撞问题。仿真结果表明,与MF接收机下的PDRA方案相比,SIC接收机能进一步利用PDRA框架带来的潜在增益,呈现出更高的接入成功概率。     

八天线TD-LTE系统的波束赋形算法分析

多天线是天线技术的发展趋势,TD-LTE引入了8发2收的天线配置.基于小间距多天线阵列,利用TDD系统信道互易性,波束赋形技术可以根据上行导频获得信道信息,形成对基带(中频)信号的最佳组合或者分配,补偿无线传播过程中由空间损耗、多径效应等因素引入的信号衰落与失真,同时降低同信道用户间的干扰.EBB(Eigen-based Beamforming)算法是波束赋形主要算法之一,该算法中在整个波束空间中,找到使接收信号功率最大的赋形权矢量.通过仿真,对EBB算法在各种应用场景下的性能进行了分析,结果表明八天线EBB波束赋形算法可以正确实现波束合成,在低速或上行信道信息估计误差较小情况下能够明显提高系统性能.     

MISO窃听系统中的恶意导频干扰检测

在一??个三节点多输入单输出(Multi-Input Single-Output,MISO)窃听系统中，当窃听方在信道估计阶段发送恶意导频信号来干扰信道估计时，合法通信的保密性受到严重威胁。针对该安全问题，提出了基于估计信道协方差和基于接收信干比两种恶意导频干扰检测方案。首先概述基于估计信道协方差的恶意导频干扰检测方案原理，推导该方案下检测概率和虚警概率的解析表达式；其次给出基于接收信干比的恶意导频干扰检测方案机制及其检测概率和虚警概率的具体表达式，并通过理论分析对比得出基于估计信道协方差的检测方案性能较优；最后通过数值仿真对比分析了两种方案的干扰检测性能。     

利用数据和导频的多小区Massive MIMO系统信道估计

本文提出一种通过同时利用上行数据和导频进行信道估计来对抗时分双工大规模多输入多输出（Massive multi-input multi-output,Massive MIMO）系统中导频污染的方法。考虑到Massive MIMO系统下空间相关信道在角度域具有近似稀疏性,期望用户信道和干扰信道的多径分量因而可分辨。同时上行数据子帧中的数据符号数远大于导频序列的长度。基于以上两点观察,首先利用上行导频对信道进行粗估计,然后将解码得到的上行数据符号视为导频序列,用于得到角度域信道估计中能量较大分量所处的位置。通过抽取信道粗估计中相应位置上的信道系数,可以得到信道的精估计。仿真表明,无论相邻小区采用同一组正交导频序列、还是不同组但具有相关性的导频序列,所提出的信道估计方法都能有效地消除导频污染。      

5G移动通信系统的下行控制信道传输

基于5G系统的控制信道结构和传输机制,通过多种场景下的性能仿真从而得到导频图案和聚合等级的优化准则。首先,用于解调控制信道的导频与控制信道采用相同的预编码以实现控制信道波束的透明传输;其次,控制信道在频域资源上打散,当信道状态未知则采用分集的传输机制;再次,导频分布随聚合等级的变化而调整,低聚合等级导频密度大,高聚合等级导频密度小。该方法可以根据信道状况是否可知采用波束赋形或分集的传输,实现控制信息的可靠、有效传输。     

测向信息辅助的导频分配策略

多用户大规模多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output,MIMO）系统能够有效提升系统和速率,但是导频资源有限情况下,用户数增加时,非正交导频引起的导频污染会严重降低系统容量。针对导频资源不足引起的干扰问题,提出了用户测向信息辅助的导频分配策略。先介绍了用户到达角估计算法,分析了角度域信道与用户间非正交导频干扰之间的关系;再提出了一种角度域用户分组方法,并对用户导频进行优化,从角度域和导频空间两个维度降低用户间导频干扰,提高了系统和速率;最后,将信道估计归一化均方误差作为性能指标进行比较,以验证算法的有效性。仿真结果表明,该算法在导频资源受限的多用户场景中,能够有效减小用户间导频污染,验证了所提算法的有效性和可靠性。     

OFDM/OQAM系统中联合迭代信道估计和信号检测

与基于复数域空间正交条件的传统正交频分复用系统(OFDM with Cyclic Prefix, CP-OFDM)有所不同,基于交错正交调制的正交频分复用系统(OFDM/Offset QAM, OFDM/OQAM)满足实数域空间严格正交条件。因此在多径衰落信道条件下,CP-OFDM系统中的信道估计方法会导致OFDM/OQAM系统严重的字符间干扰和载波间干扰。该文结合OFDM/OQAM系统结构特点,提出了一种基于迭代信道估计和信号检测算法。该算法通过信道估计器和接收到的信号互相交换信息,消除导频序列中的字符间干扰和载波间干扰,提高信道估计和信号检测的准确度。仿真分析结果表明,经过一定次数迭代处理后,OFDM/OQAM迭代信道估计性能趋近于理想信道估计性能。     

LTE上行信道估计算法研究

LTE（LongTermEvolution,长期演进）是3G与4G技术之间的一个过渡,是3．9G的全球标准,它改进并增强了3G的空中接入技术,采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准。文中首先介绍了LTE系统的上行传输方案和基于导频信号的信道估计算法,然后针对LTE上行信道中的PUSCH信道（物理上行共享信道）提出了一套基于MMSE、线性插值以及基于判决反馈的信道跟踪算法的信道估计方案．并给出了该方案的性能仿真图。