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《基于方向调制的物理层安全无线传输原理、关键-中国科学信息科学》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、中国科学:信息科学2017年第47卷第9期:1209{1225SCIENTIASINICAInformationis评述基于方向调制的物理层安全无线传输原理、关键技术与未来应用1,2,3,4131*111束锋,吴肖敏,尤肖虎,陆锦辉,胡锦松,朱伟,余海,24许正文,陈日清1.南京理工大学电子工程与光电技术学院,南京2100942.电子科技集团公司第二十二研究所电波环境特性及模块化技术国防科技重点实验室,青岛2661073.东南大学移动通信国家重点实验室,南京2100964.福建农林大学计算机与信息学院,福州350002*通信作者.E-mail:lujinh
2、uiee1962@163.com收稿日期:2016–12–09;接受日期:2017–05–17;网络出版日期:2017–08–23国家自然科学基金(批准号:61271230,61472190,61501238)、中央高校基本科研业务费专项资金(批准号:30916011205)、电子科技集团公司第二十二研究所电波环境特性及模块化技术国防科技重点实验室开放课题(批准号:201500013)和东南大学移动通信国家重点实验室开放课题(批准号:2013D02)资助项目摘要方向调制作为一种先进的物理层安全传输技术,将波束成形技术和人工噪声结合进一步提高通信系统的安全性
3、能.不同于传统的波束成形技术,方向调制技术能够实现信号的方向性,保证期望方向信号的安全传输,同时干扰非期望方向上信号的星座图.该文对方向调制技术的概念和特点进行讨论,系统地阐述方向调制合成方法与性能度量等关键技术,总结归纳方向调制的研究现状,对其未来的研究方向和亟待解决的关键问题进行深入探讨与分析,并提供可行的解决思路.为了克服传统方向调制仅存在角度依赖性的问题,引入频率分集,提出了精准无线传输新概念,能实现给定任意角度与距离维的精准安全无线传输.关键词方向调制,物理层安全,人工噪声,波束成形,精准通信1引言近些年来,随着移动互联网应用和业务的爆发增长,移
4、动通信和无线网络依然延续其20世纪末的快速发展态势.移动通信和无线网络在人们的日常生活中发挥着不可替代的作用,并对社会的进步产生重大的影响.然而,由于无线通信与生俱来的广播特性,电磁波向四周传播,信息容易被未经授权的接收机拦截或窃听[1].因此,无线通信物理层安全问题最近引起了学术界和工业界广泛的关注,成引用格式:束锋,吴肖敏,尤肖虎,等.基于方向调制的物理层安全无线传输原理、关键技术与未来应用.中国科学:信息科学,2017,47:1209–1225,doi:10.1360/N112016-00280ShuF,WuXM,YouXH,etal.Directi
5、onalmodulation-basedsecurewirelesstransmission:basicprinciples,keytechniques,andapplications(inChinese).SciSinInform,2017,47:1209–1225,doi:10.1360/N112016-00280⃝c2017《中国科学》杂志社www.scichina.cominfocn.scichina.com束锋等:基于方向调制的物理层安全无线传输原理、关键技术与未来应用为无线通信领域研究热点方向,将在未来无线通信中发挥至关重要的作用.传统的解决方
6、案主要是采用上层加密技术[2],但加密系统密钥仍然需要信道传递,其安全协议仍然难以保障.为了获得更好的安全性,处于协议层最底层的物理层进入了人们的视野[3,4].物理层安全的研究源于Wyner[5]提出的Wire-tap模型,后来学者提出利用人为噪声的方法来有效控制主信道和窃听信道的优劣,将上层加密技术与物理层安全技术相结合,可以实现无线通信安全的双重保障.方向调制作为一种有效的物理层传输技术,最近引起相当的研究兴趣,其基本思想:通过波束成形和人为噪声等处理手段,在期望方向,接收到的信号星座图与发射基带星座图保持一致,在其他窃听方向接收的信号星座产生畸变或
7、被噪声严重污染,于是期望接收机可以正确地解调接收信号,而窃听接收机误码性能恶化而无法正常解调出有用信息.据我们所知,方向调制是一种主要适用于远场无线通信的物理层安全技术,因为近场的方向性不易控制.目前方向调制(directionalmodulation,DM)的方法主要分为两类,一种是利用射频端元器件的组合来实现,另外一种侧重于基带信号的算法设计来实现.文献[6,7]中,在射频域的调制是通过耦合到一个驱动天线的寄生天线阵元来实现.其提出的近场天线直接调制技术的发射信号是一种由多个波束在空间中干涉形成方向调制信号的射频调制技术.文献[8]提出了一种基于相控阵
8、的方向调制技术,其调制过程需要发生在射频阶段,而不是常规的基带调制
