無線通信物理層安全技術(shù)探究

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【摘要】近年來無線通信技術(shù)在我國(guó)的多個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，人們對(duì)于其安全性問題的重視程度也得到了進(jìn)一步的加深。通過物理層安全技術(shù)的應(yīng)用，還能夠促使無線通信技術(shù)的應(yīng)用安全性以及可靠性得到進(jìn)一步的提升，對(duì)于無線通信行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展也有著一定的積極意義，本文主要就無線通信物理層安全技術(shù)進(jìn)行了研究。

【關(guān)鍵詞】無線通信；物理層安全技術(shù)；展望

近年來無線通信技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，對(duì)于人們的生活也帶來了非常大的便利性，但是在無線通信技術(shù)的信息傳播過程中還會(huì)被第三方截獲以及竊聽，并且容易出現(xiàn)信息泄密等諸多問題。目前多是通過物理層技術(shù)來進(jìn)行無線通訊系統(tǒng)的安全防護(hù)工作，一旦物理層出現(xiàn)了問題，還會(huì)直接威脅到無線通信的安全性，需要將物理層安全技術(shù)作為一項(xiàng)研究重點(diǎn)，借此來提升我國(guó)無線通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用安全性跟可靠性。

1無線通信物理層安全技術(shù)簡(jiǎn)析

1.1人工噪音技術(shù)

人工噪音技術(shù)作為物理層安全技術(shù)的一種類型，其能夠讓無線通信系統(tǒng)的運(yùn)行安全性得到進(jìn)一步的提升，對(duì)于信息竊聽者能夠產(chǎn)生非常大的干擾，讓信息的接受者能夠進(jìn)行正常的無線通信。人工噪音技術(shù)主要是在信息發(fā)射端里添加適量的人工噪音，其在信息傳輸過程中雖然會(huì)消耗一定的發(fā)射效率，但是能夠讓竊聽者接受到的信息跟合法接受者所接受到的信息存在有非常大的差異性，從而保障無線通信的傳輸安全性。在通過人工噪音技術(shù)來保障無線通信的傳輸安全時(shí)，可以在發(fā)射端上面在發(fā)送信息之中添加適量的人工噪音，其發(fā)射端的信號(hào)多是通過x=s+a的方式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的，其中s表示的是需要進(jìn)行發(fā)射的信息矢量，a代表的則是其中添加的人工噪音的矢量。在進(jìn)行無線信息的傳輸過程中，通過人工噪音的接入能夠?qū)Ω`聽端的信道質(zhì)量起到良好的干擾信號(hào)，但是對(duì)于信息的合法接受者則不會(huì)產(chǎn)生噪音的干擾，從而保障了無線信息的傳輸安全性。但是要想實(shí)現(xiàn)人工噪音技術(shù)，還需要對(duì)竊聽端的信道狀態(tài)信息進(jìn)行準(zhǔn)確的獲取，也導(dǎo)致該技術(shù)具備有一定的實(shí)現(xiàn)難度。

1.2波束成形技術(shù)

波束成形技術(shù)可以通過不同的天線，來用相同秩來對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)流進(jìn)行傳輸工作，還能夠通過預(yù)編碼來實(shí)現(xiàn)多個(gè)數(shù)據(jù)流在不同天線之中的有效傳輸。為了保障無線通信物理層的安全性，要求在波束成型技術(shù)的應(yīng)用過程中加大對(duì)信息竊聽者以及信息接收者兩者的信號(hào)質(zhì)量差異，促使信息傳輸?shù)淖畲蟊Ｃ芩俾实玫竭M(jìn)一步的提升。為了保障波束成型技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，還需要保障信息的發(fā)射信號(hào)處于竊聽者的零空間中，只有這樣才能夠保障信息傳輸?shù)牟町愋?，借此來獲得良好的無線通信物理層安全保護(hù)效果。但是在具體的應(yīng)用過程中，對(duì)于竊聽者的信道狀態(tài)還無法進(jìn)行準(zhǔn)確有效的定位，也就導(dǎo)致了該技術(shù)的應(yīng)用效果受到了比較大的局限性。

1.3協(xié)作干擾技術(shù)

在無線通訊過程中大部分通訊有著非常大的距離跨距，這也就給予無線通信的發(fā)射功率造成了一定的限制，并容易出現(xiàn)信息接受者無法獲取到準(zhǔn)確信息的問題。通過協(xié)作通信技術(shù)的應(yīng)用，可以先將信息發(fā)射者所需要傳遞的信息傳輸?shù)叫畔⒅欣^站上面，通過信息中繼站的處理之后再將該信息傳輸給信息接受者，借此來保障無線信息的傳輸質(zhì)量。但是在中繼站使用過程中不僅僅有著一定的信息傳遞作用，還存在有比較大的信息干擾作用。在信息中繼站中通過協(xié)作干擾技術(shù)的應(yīng)用，還能夠有效保障信息的傳播安全性。在信息中繼站的運(yùn)行過程中，常見的干擾信號(hào)主要有高斯白噪音、其它信源的發(fā)送信號(hào)以及合法接收端已知信號(hào)等等，高斯白噪音能夠產(chǎn)生干擾信號(hào)，但是這些干擾信號(hào)不僅僅會(huì)對(duì)竊聽段的信號(hào)造成干擾，也會(huì)對(duì)合法接受者的信息造成一定程度的干擾，也就導(dǎo)致了通信系統(tǒng)的安全性沒有得到有效的提升。其它信源所產(chǎn)生的發(fā)送信號(hào)能夠節(jié)省很大一部分的發(fā)射功率，但是其運(yùn)行過程非常復(fù)雜，并且具備有非常高的技術(shù)難度，在安全性跟穩(wěn)定性上面還存在有諸多的不足之處，也就難以滿足協(xié)作干擾技術(shù)的實(shí)際需求。其中合法接收端的已知信號(hào)，還能夠在不影響到主信道信號(hào)質(zhì)量的基礎(chǔ)上，進(jìn)行干擾信號(hào)的有效消除，其雖然運(yùn)行過程比較復(fù)雜，但是能夠有效保障信息的傳輸質(zhì)量以及傳輸安全性，因此在現(xiàn)階段的無線通信安全技術(shù)中，還需要加強(qiáng)對(duì)該技術(shù)的研究力度，以促進(jìn)我國(guó)的無線通信行業(yè)得到更進(jìn)一步的發(fā)展。

1.4差異化信道估計(jì)技術(shù)

在無線通信過程中通過差異化信道估計(jì)技術(shù)的應(yīng)用，還能夠?qū)Ω`聽段的信道狀態(tài)信息進(jìn)行有效的限制，以避免通信信息被竊取的問題。在應(yīng)用了該抗干擾技術(shù)之后，能夠使得竊聽段中所接收到的信息噪音得到大幅度的增加，并使得信息的破譯難度得到一定程度的提升。在通過差異化信號(hào)估計(jì)技術(shù)來保障無線通信物理層的安全時(shí)，具體操作流程時(shí)在訓(xùn)練信號(hào)中插入適量的人工噪音，在此基礎(chǔ)上對(duì)竊聽段信道狀態(tài)信息的估計(jì)性能進(jìn)行有效的限制。但是在該技術(shù)的應(yīng)用過程中，還要求人工噪音能夠處于信息的發(fā)射人員跟接受者兩者之間存在的零空間之中，這樣才能夠獲得良好的無線信息安全防護(hù)效果。目前的差異化信道估計(jì)技術(shù)主要有以下兩種應(yīng)用方案：①反饋與再訓(xùn)練方案。在該方案中能夠?qū)戏ń邮諜C(jī)的信號(hào)性能進(jìn)行優(yōu)化處理，在此過程中還能夠?qū)σ恍┓欠ǖ母`聽信道進(jìn)行限制。通過在訓(xùn)練數(shù)據(jù)中插入適量人工噪音的模式，對(duì)于合法接收機(jī)所受到的信息干擾也能夠起到良好的抑制效果，因?yàn)樵陔娨晱V播系統(tǒng)中也得到了較為廣泛的應(yīng)用。②雙向訓(xùn)練方案。在該方案實(shí)施之前還需要信道具備有互易性的特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行反向訓(xùn)練信道信息的有效獲取，在此基礎(chǔ)上來保障無線信號(hào)的傳輸安全性。

2無線通信物理層安全技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

隨著我國(guó)無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，其在物理層保密的理論知識(shí)還需要得到不斷的改建。因此說如何將物理層安全技術(shù)跟傳統(tǒng)的安全防護(hù)技術(shù)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，并使得不同安全防護(hù)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)進(jìn)行充分的發(fā)揮，也就成為了無線通信行業(yè)所需要迫切解決的一個(gè)問題。通過加強(qiáng)跨層協(xié)同信息傳送技術(shù)的研究力度，還能夠在傳統(tǒng)的通信方法中進(jìn)行物理層安全技術(shù)的有效融入，對(duì)于目前無線通信安全技術(shù)中存在的一些問題也能夠進(jìn)行有效的解決，對(duì)于我國(guó)無線通信行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展也有著非常重要的意義。目前我國(guó)的物理層安全技術(shù)還處于討論研究階段，在無線通信領(lǐng)域中也沒有得到廣泛的應(yīng)用，但是隨著該技術(shù)理論基礎(chǔ)的不斷完善，使得其學(xué)術(shù)性報(bào)告數(shù)量也得到了大幅度的提升，在今后的研究過程中，也就需要相關(guān)的研究人員能夠加強(qiáng)對(duì)該方面的研究力度，并使得無線通信物理層安全技術(shù)的適用性得到進(jìn)一步的提升，促使其最終成為無線通信領(lǐng)域中不可或缺的一種安全保障技術(shù)。

3結(jié)束語

近年來我國(guó)的無線通信技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，在人們的日常生活跟工作中也得到了非常廣泛的應(yīng)用。但是在無線通信技術(shù)中還容易出現(xiàn)竊聽等安全事故，對(duì)于通信信息的安全性也會(huì)造成非常大的影響。通過物理層安全保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用可以對(duì)無線通信起到良好的保護(hù)效果，目前物理層安全保護(hù)技術(shù)的研究還處于起步階段，距離推廣還有著一定的距離，也就要求相關(guān)技術(shù)人員能夠加強(qiáng)對(duì)該方面的研究力度，以促進(jìn)我國(guó)的無線通信行業(yè)得到更進(jìn)一步的發(fā)展。

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作者：楊少川 單位：鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院