基于MIMO-OFDM系統(tǒng)的跨層增強(qiáng)安全技術(shù)研究.pdf

1、作為滿足2020年以后急速增長(zhǎng)的通信業(yè)務(wù)需求而發(fā)展起來的5G通信，在數(shù)據(jù)傳輸速率、資源利用率、無線覆蓋性能、用戶體驗(yàn)等方面較4G系統(tǒng)得到顯著提高。然而無線信道的開放性、廣播性、終端的移動(dòng)性、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的多樣性及無線傳輸?shù)牟环€(wěn)定性使得5G智能移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)面臨著更多的安全威脅。
　　隨著并行計(jì)算、高速計(jì)算機(jī)等技術(shù)的飛速發(fā)展，依賴于計(jì)算受限的傳統(tǒng)通信系統(tǒng)安全機(jī)制需要共享越來越長(zhǎng)的密鑰，使得無線接入階段的密鑰分發(fā)需要很長(zhǎng)的時(shí)延，上層計(jì)算

2、復(fù)雜度也越來越大，如果密鑰一旦泄露或被破解，整個(gè)系統(tǒng)的安全體系將會(huì)徹底崩潰。5G通信系統(tǒng)輕重量、快速接入、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的要求使得僅依靠上層基于計(jì)算安全的措施已經(jīng)不能滿足實(shí)際安全需求，物理層安全新技術(shù)為5G通信系統(tǒng)所關(guān)注，物理層安全是基于統(tǒng)計(jì)的安全，雖然隨機(jī)特性使得其不可能破解，但其系統(tǒng)復(fù)雜度高，以犧牲系統(tǒng)傳輸效率為代價(jià)，嚴(yán)重依賴噪聲環(huán)境的特性使物理層安全技術(shù)不能保證概率為1的安全性能。
　　本文從上述研究背景出發(fā)，針對(duì)LTE系統(tǒng)中MI

3、MO-OFDM關(guān)鍵技術(shù)，提出將物理層安全技術(shù)與傳統(tǒng)密碼技術(shù)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)跨層安全傳輸，方案既考慮到通信系統(tǒng)的可靠性又要保證新的安全機(jī)制具有更高的安全性能。MIMO跨層安全傳輸系統(tǒng)中，變形碼集的設(shè)計(jì)是研究的關(guān)鍵。首先，本文開展了基于OSTBC變形碼集的研究，提出了一種適用于多天線OSTBC變形碼集設(shè)計(jì)方案，仿真結(jié)果表明該變形碼集用于跨層安全傳輸系統(tǒng)中可以實(shí)現(xiàn)最佳的通信安全性能。其次，本文根據(jù)STTC編碼的特點(diǎn)設(shè)計(jì)一種變形碼集，在上層密

4、鑰流的控制下，該STTC變形碼集可以使竊聽者以100％的誤幀率接收信息。然后，本文針對(duì)MIMO中的預(yù)編碼技術(shù)，提出一種基于旋轉(zhuǎn)預(yù)編碼矩陣180o的跨層安全通信方案，其不受信道特性局限，物理層信號(hào)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)竊聽者概率為1的安全通信。最后，本文詳細(xì)討論了OFDM加密跨層安全傳輸技術(shù)，研究表明提出的OFDM跨層加密系統(tǒng)能提供比傳統(tǒng)加密系統(tǒng)更強(qiáng)的安全性能，尤其是高階調(diào)制或部分密鑰泄露仍然能為通信系統(tǒng)提供很高的安全保護(hù)。本文所提方案可以用