多天线通信系统物理层安全可靠传输技术研究进展_唐杰

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1、TheoreticalDiscussion·理论探讨理论探讨·TheoreticalDiscussion多天线通信系统物理层安全可靠传输技术研究进展唐杰潘绯廖润发宋欢欢文红（电子科技大学通信抗干扰技术国家级重点实验室四川成都611731）【摘要】多天线通信系统物理层安全已成为近年通信安全领域重要研究方向。本文全面总结了多天线通信系统物理层安全研究的现状，梳理了最新的多天线通信系统中物理层安全传输技术的基本原理和主要方法，指出其适用场景及需要进一步解决的问题，并对未来发展方向进行展望。【关键词】多天线通信系统；物理层安全；保密容量；安全传输技术

2、【中图分类号】TP311【文献标识码】AMultiAntennaCommunicationSystemPhysicalLayerSecureandReliableTransmissionTechnologyResearchProgressTangJiePanFeiLiaoRun-faSongHuan-huanWenHong(NationalKeyLaboratoryofScienceandTechnologyonCommunications,UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaSi

3、chuanChengdu610054)【Abstract】Recentlythephysicallayersecuritybasedonthemultiple-inputandmultiple-output(MIMO)communicationsystemhasbecomeanimportantresearchdirectioninthefieldofcommunicationsecurity.ThispapersummarizestheresearchofphysicallayersecurityofMIMOcommunicationsys

4、temandcomprehensivelyanalyzesthebasicprincipleandthelatestresearchresultsinthisfield.Finally,theapplicationscenewaspointedoutandtheproblemsneedtobesolvedinthefuturearepresented.【Keywords】physicallayersecurity;mimocommunicationsystem;securetransmissionmethod.敏感性为物理层加密提高了丰富的资

5、源，在Wyner的1引言窃听信道模型基础上，大量学者先后针对多天线模型在无线信道的开放性、广播特性使得移动通信网络不同衰落信道环境下的理论安全容量进行了分析。同面临很多的安全威胁。传统通信系统的安全性依赖于时，近年来的努力，在多天线通信系统中已经出现了一攻击方计算资源和时间的有限性假设，随着高速计算些代表性的物理层安全传输策略，如结合人工噪声的机、并行计算等技术的飞速发展，如果密钥一旦泄露或波束赋形与预编码联合优化策略、利用阵列冗余产生被攻击者通过计算破解，整个安全体系将彻底崩溃。物安全增益、天线选择策略、中继协同、跨层安全等。本文理层安全旨

6、在利用无线信道的物理特性，以达到Shannon无条件安全为最终目标，其独特优势和严密的总结了多天线通信系统物理层安全发展的现状，全面梳理论基础揭示了其巨大的发展前景。理了多天线通信系统物理层安全基本原理和主要方法，多天线通信技术可以提供很高的数据传输率和频指出其适用场景及有待解决的问题，并对未来发展方向谱利用率，相对单天线通信系统而言，多天线系的信道进行展望。信息安全与技术·2014年5月·27·TheoreticalDiscussion·理论探讨2多天线通信系统窃听信道模型及保密容量其中X为Alice发射复信号，HA与HE分别为NR×NT维

7、和NE×NT维的信道矩阵，VA和VE分别为协方差在信道给定的情况下，总可以在一个最大安全传输矩阵为单位矩阵的独立圆对称高斯随机向量。当信号X效率Cs下实现消息的绝对安全可靠传输，称为该信道的平均功率限定时，该系统的保密容量为：条件下的保密容量。根据香农的一次一秘安全理论，HHCS=max(logdet(I+HAKXHA)-det(I+HEKXHE))（2）Wyner提出的窃听信道模型并证明在窃听信道比合法KX=P信道更差的条件下，存在安全编码可以实现无条件秘密Oggier等人的研究对多天线系统物理层安全传输通信。Csiszar将这个概念发展为

8、无线广播的窃听信道。技术的研究提供了理论分析支，为探索实用的物理层安全通信方法奠定了坚实的基础。3多天线通信系统物理层安全传输技术及研究进展3.1结合人工噪声的波束