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1、无线物理层信息安全探析摘要：在无线传输的过程中，通信的信号往往容易被第三方窃听,为了防止这类情况出现，利用多波束发射技术可以减少的人工噪声干扰，能够物理层安全通信信息的安全，在信号的发送端将信号和人工噪声同时发送，通过天线加权调整信息的方向图主瓣的接收方位，能够有效的消除噪声干扰。关键词：安全通信；物理层；多波束；人工噪声informationsecurityanalysisofthewirelessphysicallayerliufeng(civilaviationwenzhouairtrafficmanagementcenter,wenzhou325024,chin
2、a)abstract:inthewirelesstransmissionprocess,thecommunicationsignalisofteneasytobethird-partyeavesdropping,inordertopreventsuchasituation,theuseofartificialnoisecanbereducedbythemulti—beamemissiontechnology,canthephysicallayerofthesecurecommunicationofinfonnationsecurity,thesignalsendersi
3、gnalandartificialnoise,whilesending,receivingorientationoftheantennapatternmainlobeoftheweightedinformation,caneffectivelyeliminatenoiseinterference・keywords:securecommunications:physicallayer;multi-beam;artificialnoise传统的安全通信研究主要是基于数据链路层的通信安全的，主要是关于信息加密和安全通信协议的分析，但是这并不能忍弥补无线信号传输的安全问题。无线
4、电发送的信号被反射时，会产生多份信号。运用一种基于多波束发射技术，可以减少人工噪声干扰对物理层安全通信的干扰。一、基于多波束抑制物理层噪声的原理分析物理层无线信号安全传输系统模型如图1所示，基站a将物理层发送的信号需要安全的传输给期望用户b,窃听接收机c只做信号接收，以实现对物理层信号的干扰。以系统是时分双工(tdd)的信息通信模式为例，发送信号的上、下行在瞬间完成，如果使用信号的用户移动的比较慢，信号的发射角与入射角相等，信号的上下行链路具有对称性。这样，就可以利用信号上行的参数来计算天线的加权系数，实现信号的安全传输。mimo技术就是运用这种思想来实现空时信号处理，
5、即是利用在空间中分布信号波形的差异和信号传输的时空间域的差异相结合，实现对信号的处理。图2的波形图中，我们能够直观的分析出信号安全传输的途径。在发射端发送信号时，运用信号波束成形技术，分别对信号进行加权，生成3组加权系数信号，对发送信号进行加权并对人工窃听噪声产生影响，能够有效的控制人工噪声对发射信号的影响。通过8组发送天线阵辐射的空间，在3个方向上形成3个不同特性的波朿图，记作波朿a、b、co波束a是发射端发送的传输信息，它的主瓣方向与期望接收机的方向相同，波束b和c是人工窃听信号，产生人工噪声，两者方向图上与接收机方向上平行，对发射信号不产生影响。这样，通信信息不会
6、受到人工噪声的干扰，能够保证信息的安全。相反的,如果我们在其他方向发射信号就会与生工的干扰信号发生覆盖，就会影响通信的安全。二、系统传输模型在设计上述的信息传输方案后，需要验证方案的正确性，设计了下图3所示的无线信号物理层发射系统。通信信息的发射端和窃听接收机两端采用不同的加权系数加权，并分别采用相同功率的天线发射信息，来实现对信号的保护。设，表示第个发射信号的第个加权系数，表示第个天线上的人工窃听的发射信号，其中表示人工窃听端信道传输的信息，匸2、3分别表示人工窃听噪声和，这两种信号可取高斯白噪声信号，=1,2,3,m,（m表示天线个数）。发送端激励信号输出为：，式中
7、，天线噪声信号，发送信号天线加权系数表示为：O在远区场接收端，接收信号可表示成，表示的基带复信号。这样我们就可以对信号进行分析，即比较输岀复信号的功率，与系统中各点距离相等的点信息功率进行比较。通过比较，选择距离最小的点为信号的输出端，以确定目标接收机的位置。对于目标接收机,在平行方向上，噪声信息形成零陷，对物理层发出的信号没有干扰,采用波束成形技术来形成信号，实现对天线加权系数的获取。在设计的本系统模型中，上行链路接收端主要采用自适应技术，来将信号调整到期望方向上，从而在输出信号的发达国内向上没有人工噪声的干扰，这样，就可以近似认为信号
