面向未來無線通信的跨層安全技術研究.pdf

1、以Massive MIMO、非正交調制等為代表的5G關鍵技術，滿足了激速增長的傳輸速率、資源利用率、服務質量、覆蓋范圍等需求，與現(xiàn)行的4G系統(tǒng)相比，極大地豐富了應用場景和用戶體驗。然而，5G的高安全需求、大容量、快速接入、物聯(lián)網和異構網絡給未來無線通信網絡帶來了安全挑戰(zhàn)?；谟嬎愕膫鹘y(tǒng)安全因高速計算機和云計算的破解效率驚人而危如累卵；以信道差異性為核心的基于統(tǒng)計的物理層安全成為5G中受關注的安全新技術，但其依賴信道嚴重，犧牲系統(tǒng)復雜度和

2、傳輸效率，其是基于概率的安全，在短幀傳輸下不能達到概率為1的安全，應用環(huán)境受到限制?；谏鲜霰尘埃疚尼槍?G中的安全傳輸問題，結合5G物理層關鍵技術，研究物理層安全與傳統(tǒng)密碼學安全相結合的跨層安全傳輸技術。
　　首先，對于SCMA技術，分別提出基于隨機碼本集和變形碼的跨層安全傳輸方案。通過合法雙方共享上層密鑰流，控制SCMA調制過程中的碼本集選取或碼字變形，借助稀疏碼本映射及MPA檢測譯碼對碼字和碼本的依賴性，使得非法竊聽者譯碼

3、失敗。在仿真驗證兩種方案誤碼率和安全容量兩方面性能的基礎上，提出了分級安全策略，在不同的信噪比下選取不同的跨層安全方案，以最小復雜度保證安全傳輸需求。兩種方案均突破了信道特性的局限，且系統(tǒng)額外開銷小。
　　其次，提出兩種基于空間調制OFDM的MIMO跨層安全傳輸方案。此時，合法通信方共享的上層密鑰流有以下作用：在多態(tài)空間調制方案中控制碼域調制/解調和空域調制/解調，在跨層預編碼方案中控制天線映射、構造秘密預編碼矩陣及其逆矩陣。在利

4、用空間調制因信道分布差異帶來的物理層安全基礎上，通過空域碼域信號的多態(tài)跳變和OFDM符號隨機相位偏移，阻止竊聽者截獲秘密信息。安全性分析和仿真結果表明，兩種方案在多種幅度/相位調制方式下，以合法者可靠譯碼、竊聽者誤碼率逼近0.5、誤幀率100％及良好的系統(tǒng)安全容量有效保障了通信安全。
　　最后，在USRP-LabVIEW平臺下實現(xiàn)和驗證基于預編碼的MIMO-OFDM跨層安全傳輸方案。本文在設計通信鏈路功能模塊及幀結構的基礎上，利用