多用戶多竊聽者環(huán)境下利用人工噪聲的無線安全通信.pdf

1、無線通信的廣播特性,使得無線網(wǎng)絡(luò)缺乏安全的物理邊界,這樣無線通信系統(tǒng)對(duì)潛在的竊聽者來說是開放的。傳統(tǒng)的無線通信安全往往通過在物理層之上的更高層直接采用加密和認(rèn)證機(jī)制來實(shí)現(xiàn)。但是在各種高強(qiáng)度的破解算法和先進(jìn)的竊聽技術(shù)不斷發(fā)展以后,一旦高層的安全機(jī)制被破解或者保密算法泄露,無線通信網(wǎng)絡(luò)的安全將變得毫無保障。因此人們把目光轉(zhuǎn)向了如何利用實(shí)際物理信道的特性直接在物理層實(shí)現(xiàn)無線通信安全。本文研究的是基于多用戶多竊聽者(Multi-user and

2、 Multi-eavesdropper,MUME)環(huán)境下的物理層無線安全通信策略。
　　在MUME系統(tǒng)中,不可避免地存在同信道干擾(Co-Channel Interference, CCI),并且已經(jīng)提出一些傳輸策略用于限制和處理相應(yīng)的CCI:奇異值分解(SVD)方法、破零波束形成(ZF Beamforming)方法以及塊對(duì)角化(Block Diagonalization)方法。以往的研究表明, SVD方法和ZF beamform

3、ing方法比較簡單易行,但是效果不夠理想。塊對(duì)角化(BD)方法可以取得良好的效果,缺點(diǎn)是復(fù)雜度太高。鑒于上述三種方法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),本文提出了兩種新的替代方法。第一種方法基于最大化信漏比(Signal-to-Leakage Ratio,SLR)的概念,稱之為SLR方法。第二種是基于臟紙編碼(dirty-paper coding,DPC)思想和ZF beam-forming技術(shù)的一種全新MUME系統(tǒng)預(yù)編碼設(shè)計(jì)方法。由于這種方法可以給預(yù)編碼矩

4、陣的設(shè)計(jì)提供額外的保密自由度(Secrecy Degree of Freedom, SDF),我們稱之為可增加保密自由度(Increasing Secrecy Degree of Freedom, ISDF)方法。
　　在所有的方案中,發(fā)送端的功率中有一部分用于保證合法用戶的服務(wù)質(zhì)量(QoS),剩余的功率則全部用于廣播人工噪聲來干擾竊聽者接收載信信號(hào)(Information-bearing Signal)。仿真結(jié)果表明,SLR方法