聯(lián)合調(diào)制加密與人工噪聲加擾的MIMO-OFDM安全傳輸策略設(shè)計(jì).pdf

1、由于無線傳輸環(huán)境的開放性、無線終端的移動(dòng)性以及無線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的多變性，無線通信系統(tǒng)的安全問題受到了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的無線加密機(jī)制在OSI七層協(xié)議的鏈路層以上采用經(jīng)典密碼體制實(shí)現(xiàn)無線通信網(wǎng)絡(luò)的安全，這種建立在計(jì)算能力基礎(chǔ)上的弱安全方案面臨巨大挑戰(zhàn)。近些年，以香農(nóng)信息理論安全為基礎(chǔ)的物理層安全技術(shù)成為無線通信領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。MIMO(Multiple InputMultiple Output)技術(shù)和OFDM(Orthogonal Fr

2、equency Division Multiplexing)技術(shù)由于其信號(hào)傳輸穩(wěn)定、頻譜利用率高等優(yōu)勢(shì)成為新一代通信系統(tǒng)的主流技術(shù)，近年來基于MIMO和OFDM的物理層安全技術(shù)研究不斷涌現(xiàn)，MIMO-OFDM物理層安全展現(xiàn)出豐富的研究?jī)?nèi)容。
　　本文在分析MIMO技術(shù)和OFDM技術(shù)的特點(diǎn)以及這兩種技術(shù)下的物理層安全機(jī)制后，設(shè)計(jì)了一種OFDM星座旋轉(zhuǎn)調(diào)制加密結(jié)合MIMO人工噪聲加擾的安全傳輸策略。該加密方案包含兩個(gè)部分，第一個(gè)部分是

3、星座旋轉(zhuǎn)調(diào)制加密，利用物理層的特性將合法通信者之間的信道狀態(tài)信息作為共同的密鑰，再變換為旋轉(zhuǎn)角度對(duì)OFDM符號(hào)進(jìn)行加密和解密，其實(shí)質(zhì)是一種對(duì)稱密鑰加密方案。第二個(gè)部分是MIMO人工噪聲加擾，利用多天線的特點(diǎn)，在發(fā)送端通過冗余天線在主信道的零空間發(fā)送人工噪聲，對(duì)竊聽者進(jìn)行干擾，實(shí)現(xiàn)第二層加密。理論分析表明，該加密方案僅增加了人工噪聲部分的發(fā)射功率，不會(huì)對(duì)系統(tǒng)的固有性能造成影響。通過分析竊聽者可能采取的措施，本文設(shè)計(jì)了兩種場(chǎng)景下共三種解密策

4、略，仿真結(jié)果表明，僅通過星座旋轉(zhuǎn)加密不足以實(shí)現(xiàn)信息的完全保密，由于旋轉(zhuǎn)角度的局限性，可能會(huì)發(fā)生信息泄露。僅采用多天線人工噪聲加擾策略時(shí)，低強(qiáng)度的人工噪聲對(duì)竊聽者影響有限，高強(qiáng)度的人工噪聲又會(huì)增加系統(tǒng)負(fù)擔(dān)。在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了雙重加密后，設(shè)計(jì)的三種解密策略均無法獲取任何有用信息，并且僅需添加微弱人工噪聲就能達(dá)到較強(qiáng)的安全性，這種聯(lián)合星座旋轉(zhuǎn)調(diào)制加密與人工噪聲加擾的MIMO-OFDM安全傳輸策略能夠在不對(duì)合法接收者產(chǎn)生負(fù)面影響的前提下，以犧牲部分