基于混合雙工中繼和波束成形的MIMO系統(tǒng)物理層安全研究
發(fā)布時(shí)間:2020-12-08 00:52
隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展,尤其是第四代移動(dòng)通信(Fourth Generation,4G)向第五代移動(dòng)通信(Fifth Generation,5G)演進(jìn)的過程中,超高寬帶、萬物互聯(lián)等要求被提出,多樣化的服務(wù)和更高的安全保證必不可少。無線通信由于其傳輸介質(zhì)的開放性和廣播性等,使得無線網(wǎng)絡(luò)中的合法用戶信息被潛在的非法用戶竊聽攻擊,對(duì)無線通信的安全性產(chǎn)生很大的威脅。傳統(tǒng)的以密碼學(xué)為基礎(chǔ)的加密技術(shù)依賴于提高密碼破解的計(jì)算量有很多缺點(diǎn),物理層安全能夠利用無線信道的唯一性和互異性實(shí)現(xiàn)安全保證,極大地增強(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)的安全性能。MIMO技術(shù)作為無線通信的關(guān)鍵技術(shù),能夠利用空間的自由度獲得分集和復(fù)用的增益,提高系統(tǒng)的傳輸速率和可靠性。近年來全雙工(Full Duplex,FD)技術(shù)成為無線通信的研究熱點(diǎn),其安全問題也是目前的熱點(diǎn)問題之一。FD系統(tǒng)的安全性能要比半雙工(Half Duplex,HD)系統(tǒng)高,但是FD系統(tǒng)的安全速率受到自干擾的制約,在剩余自干擾較強(qiáng)的情況下,其安全速率甚至可能低于半雙工系統(tǒng)。而自干擾消除復(fù)雜度和能耗較高。因此,本文研究在無需復(fù)雜的全雙工自干擾消除的條件下,提出一種自適應(yīng)的FD/H...
【文章來源】:哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】:62 頁
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【部分圖文】:
信息熵、聯(lián)和熵、條件熵和互信息量關(guān)系示意圖
息量和信源發(fā)送符號(hào)概率有關(guān),因此將其對(duì)對(duì)應(yīng)概率求出的最大值道容量[36,37]: max p xC H X H X Y (如果根據(jù)時(shí)間單位計(jì)算連續(xù)信道的容量,那么對(duì)于有限帶寬和有限的連續(xù) AWGN 信道,可以證明信道容量為:2log 1SC BN (其中 S 為信號(hào)的平均功率,N 為噪聲的功率,B 為信號(hào)的等效帶寬況下,將信號(hào)的平均功率與噪聲的功率的比值稱為信噪比。信噪比越容量也越大,但是信道容量存在一個(gè)極限值,也就是說如果帶寬趨連續(xù)信號(hào)的容量并不會(huì)無限的增加,而是趨于飽和。.4 信息安全理論香農(nóng)最早在 1949 年的文獻(xiàn)[11]中提出一般意義上的無噪聲的加密模 2-2 所示:
哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文發(fā)射信息的條件熵表示。如果竊聽者在已知密鑰 K 的條件下對(duì)發(fā)射信號(hào)的不確定程度與該消息的先驗(yàn)不確定度相等時(shí),該系統(tǒng)的保密性就得到了保障,即:H M X H M (2-15)公式(2-15)中,發(fā)射信息 M 的特征無法獲得,因此只有密鑰的信息熵大于或者等于發(fā)射消息的信息熵時(shí),無線通信系統(tǒng)的隱蔽性才能夠保障,即:H K H M (2-16)從公式(2-16)可以看出,每一個(gè)比特的信息都有一個(gè)比特的密鑰對(duì)應(yīng),這樣的獨(dú)特的保密途徑能夠保證無線通信系統(tǒng)的保密性。但是這種方式也存在著缺點(diǎn),不斷更新變化的密鑰對(duì)于其約束管制等問題會(huì)造成龐大的工程。為此,Wyner 于 1975 提出了有噪聲的竊聽信道模型[12],如圖 2-3 所示,同時(shí)在文獻(xiàn)中證明,通過一定的方式將主信道的情況低于竊聽信道,這種情況下就存在一種信道編碼方式,使得這樣的系統(tǒng)處于一種保密的狀態(tài)。他們還給出了保密容量的定義數(shù)學(xué)公式,即最大的能夠達(dá)到的完美的保密速率。
本文編號(hào):2904166
【文章來源】:哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】:62 頁
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【部分圖文】:
信息熵、聯(lián)和熵、條件熵和互信息量關(guān)系示意圖
息量和信源發(fā)送符號(hào)概率有關(guān),因此將其對(duì)對(duì)應(yīng)概率求出的最大值道容量[36,37]: max p xC H X H X Y (如果根據(jù)時(shí)間單位計(jì)算連續(xù)信道的容量,那么對(duì)于有限帶寬和有限的連續(xù) AWGN 信道,可以證明信道容量為:2log 1SC BN (其中 S 為信號(hào)的平均功率,N 為噪聲的功率,B 為信號(hào)的等效帶寬況下,將信號(hào)的平均功率與噪聲的功率的比值稱為信噪比。信噪比越容量也越大,但是信道容量存在一個(gè)極限值,也就是說如果帶寬趨連續(xù)信號(hào)的容量并不會(huì)無限的增加,而是趨于飽和。.4 信息安全理論香農(nóng)最早在 1949 年的文獻(xiàn)[11]中提出一般意義上的無噪聲的加密模 2-2 所示:
哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文發(fā)射信息的條件熵表示。如果竊聽者在已知密鑰 K 的條件下對(duì)發(fā)射信號(hào)的不確定程度與該消息的先驗(yàn)不確定度相等時(shí),該系統(tǒng)的保密性就得到了保障,即:H M X H M (2-15)公式(2-15)中,發(fā)射信息 M 的特征無法獲得,因此只有密鑰的信息熵大于或者等于發(fā)射消息的信息熵時(shí),無線通信系統(tǒng)的隱蔽性才能夠保障,即:H K H M (2-16)從公式(2-16)可以看出,每一個(gè)比特的信息都有一個(gè)比特的密鑰對(duì)應(yīng),這樣的獨(dú)特的保密途徑能夠保證無線通信系統(tǒng)的保密性。但是這種方式也存在著缺點(diǎn),不斷更新變化的密鑰對(duì)于其約束管制等問題會(huì)造成龐大的工程。為此,Wyner 于 1975 提出了有噪聲的竊聽信道模型[12],如圖 2-3 所示,同時(shí)在文獻(xiàn)中證明,通過一定的方式將主信道的情況低于竊聽信道,這種情況下就存在一種信道編碼方式,使得這樣的系統(tǒng)處于一種保密的狀態(tài)。他們還給出了保密容量的定義數(shù)學(xué)公式,即最大的能夠達(dá)到的完美的保密速率。
本文編號(hào):2904166
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