無線通信物理層安全技術(shù)探究

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【摘要】近年來無線通信技術(shù)在我國的多個領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，人們對于其安全性問題的重視程度也得到了進一步的加深。通過物理層安全技術(shù)的應(yīng)用，還能夠促使無線通信技術(shù)的應(yīng)用安全性以及可靠性得到進一步的提升，對于無線通信行業(yè)的進一步發(fā)展也有著一定的積極意義，本文主要就無線通信物理層安全技術(shù)進行了研究。

【關(guān)鍵詞】無線通信；物理層安全技術(shù)；展望

近年來無線通信技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，對于人們的生活也帶來了非常大的便利性，但是在無線通信技術(shù)的信息傳播過程中還會被第三方截獲以及竊聽，并且容易出現(xiàn)信息泄密等諸多問題。目前多是通過物理層技術(shù)來進行無線通訊系統(tǒng)的安全防護工作，一旦物理層出現(xiàn)了問題，還會直接威脅到無線通信的安全性，需要將物理層安全技術(shù)作為一項研究重點，借此來提升我國無線通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用安全性跟可靠性。

1無線通信物理層安全技術(shù)簡析

1.1人工噪音技術(shù)

人工噪音技術(shù)作為物理層安全技術(shù)的一種類型，其能夠讓無線通信系統(tǒng)的運行安全性得到進一步的提升，對于信息竊聽者能夠產(chǎn)生非常大的干擾，讓信息的接受者能夠進行正常的無線通信。人工噪音技術(shù)主要是在信息發(fā)射端里添加適量的人工噪音，其在信息傳輸過程中雖然會消耗一定的發(fā)射效率，但是能夠讓竊聽者接受到的信息跟合法接受者所接受到的信息存在有非常大的差異性，從而保障無線通信的傳輸安全性。在通過人工噪音技術(shù)來保障無線通信的傳輸安全時，可以在發(fā)射端上面在發(fā)送信息之中添加適量的人工噪音，其發(fā)射端的信號多是通過x=s+a的方式進行實現(xiàn)的，其中s表示的是需要進行發(fā)射的信息矢量，a代表的則是其中添加的人工噪音的矢量。在進行無線信息的傳輸過程中，通過人工噪音的接入能夠?qū)Ω`聽端的信道質(zhì)量起到良好的干擾信號，但是對于信息的合法接受者則不會產(chǎn)生噪音的干擾，從而保障了無線信息的傳輸安全性。但是要想實現(xiàn)人工噪音技術(shù)，還需要對竊聽端的信道狀態(tài)信息進行準確的獲取，也導(dǎo)致該技術(shù)具備有一定的實現(xiàn)難度。

1.2波束成形技術(shù)

波束成形技術(shù)可以通過不同的天線，來用相同秩來對一個數(shù)據(jù)流進行傳輸工作，還能夠通過預(yù)編碼來實現(xiàn)多個數(shù)據(jù)流在不同天線之中的有效傳輸。為了保障無線通信物理層的安全性，要求在波束成型技術(shù)的應(yīng)用過程中加大對信息竊聽者以及信息接收者兩者的信號質(zhì)量差異，促使信息傳輸?shù)淖畲蟊Ｃ芩俾实玫竭M一步的提升。為了保障波束成型技術(shù)的實現(xiàn)，還需要保障信息的發(fā)射信號處于竊聽者的零空間中，只有這樣才能夠保障信息傳輸?shù)牟町愋?，借此來獲得良好的無線通信物理層安全保護效果。但是在具體的應(yīng)用過程中，對于竊聽者的信道狀態(tài)還無法進行準確有效的定位，也就導(dǎo)致了該技術(shù)的應(yīng)用效果受到了比較大的局限性。

1.3協(xié)作干擾技術(shù)

在無線通訊過程中大部分通訊有著非常大的距離跨距，這也就給予無線通信的發(fā)射功率造成了一定的限制，并容易出現(xiàn)信息接受者無法獲取到準確信息的問題。通過協(xié)作通信技術(shù)的應(yīng)用，可以先將信息發(fā)射者所需要傳遞的信息傳輸?shù)叫畔⒅欣^站上面，通過信息中繼站的處理之后再將該信息傳輸給信息接受者，借此來保障無線信息的傳輸質(zhì)量。但是在中繼站使用過程中不僅僅有著一定的信息傳遞作用，還存在有比較大的信息干擾作用。在信息中繼站中通過協(xié)作干擾技術(shù)的應(yīng)用，還能夠有效保障信息的傳播安全性。在信息中繼站的運行過程中，常見的干擾信號主要有高斯白噪音、其它信源的發(fā)送信號以及合法接收端已知信號等等，高斯白噪音能夠產(chǎn)生干擾信號，但是這些干擾信號不僅僅會對竊聽段的信號造成干擾，也會對合法接受者的信息造成一定程度的干擾，也就導(dǎo)致了通信系統(tǒng)的安全性沒有得到有效的提升。其它信源所產(chǎn)生的發(fā)送信號能夠節(jié)省很大一部分的發(fā)射功率，但是其運行過程非常復(fù)雜，并且具備有非常高的技術(shù)難度，在安全性跟穩(wěn)定性上面還存在有諸多的不足之處，也就難以滿足協(xié)作干擾技術(shù)的實際需求。其中合法接收端的已知信號，還能夠在不影響到主信道信號質(zhì)量的基礎(chǔ)上，進行干擾信號的有效消除，其雖然運行過程比較復(fù)雜，但是能夠有效保障信息的傳輸質(zhì)量以及傳輸安全性，因此在現(xiàn)階段的無線通信安全技術(shù)中，還需要加強對該技術(shù)的研究力度，以促進我國的無線通信行業(yè)得到更進一步的發(fā)展。

1.4差異化信道估計技術(shù)

在無線通信過程中通過差異化信道估計技術(shù)的應(yīng)用，還能夠?qū)Ω`聽段的信道狀態(tài)信息進行有效的限制，以避免通信信息被竊取的問題。在應(yīng)用了該抗干擾技術(shù)之后，能夠使得竊聽段中所接收到的信息噪音得到大幅度的增加，并使得信息的破譯難度得到一定程度的提升。在通過差異化信號估計技術(shù)來保障無線通信物理層的安全時，具體操作流程時在訓(xùn)練信號中插入適量的人工噪音，在此基礎(chǔ)上對竊聽段信道狀態(tài)信息的估計性能進行有效的限制。但是在該技術(shù)的應(yīng)用過程中，還要求人工噪音能夠處于信息的發(fā)射人員跟接受者兩者之間存在的零空間之中，這樣才能夠獲得良好的無線信息安全防護效果。目前的差異化信道估計技術(shù)主要有以下兩種應(yīng)用方案：①反饋與再訓(xùn)練方案。在該方案中能夠?qū)戏ń邮諜C的信號性能進行優(yōu)化處理，在此過程中還能夠?qū)σ恍┓欠ǖ母`聽信道進行限制。通過在訓(xùn)練數(shù)據(jù)中插入適量人工噪音的模式，對于合法接收機所受到的信息干擾也能夠起到良好的抑制效果，因為在電視廣播系統(tǒng)中也得到了較為廣泛的應(yīng)用。②雙向訓(xùn)練方案。在該方案實施之前還需要信道具備有互易性的特點，在此基礎(chǔ)上進行反向訓(xùn)練信道信息的有效獲取，在此基礎(chǔ)上來保障無線信號的傳輸安全性。

2無線通信物理層安全技術(shù)的發(fā)展趨勢

隨著我國無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，其在物理層保密的理論知識還需要得到不斷的改建。因此說如何將物理層安全技術(shù)跟傳統(tǒng)的安全防護技術(shù)進行有機的結(jié)合，并使得不同安全防護技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢進行充分的發(fā)揮，也就成為了無線通信行業(yè)所需要迫切解決的一個問題。通過加強跨層協(xié)同信息傳送技術(shù)的研究力度，還能夠在傳統(tǒng)的通信方法中進行物理層安全技術(shù)的有效融入，對于目前無線通信安全技術(shù)中存在的一些問題也能夠進行有效的解決，對于我國無線通信行業(yè)的進一步發(fā)展也有著非常重要的意義。目前我國的物理層安全技術(shù)還處于討論研究階段，在無線通信領(lǐng)域中也沒有得到廣泛的應(yīng)用，但是隨著該技術(shù)理論基礎(chǔ)的不斷完善，使得其學術(shù)性報告數(shù)量也得到了大幅度的提升，在今后的研究過程中，也就需要相關(guān)的研究人員能夠加強對該方面的研究力度，并使得無線通信物理層安全技術(shù)的適用性得到進一步的提升，促使其最終成為無線通信領(lǐng)域中不可或缺的一種安全保障技術(shù)。

3結(jié)束語

近年來我國的無線通信技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，在人們的日常生活跟工作中也得到了非常廣泛的應(yīng)用。但是在無線通信技術(shù)中還容易出現(xiàn)竊聽等安全事故，對于通信信息的安全性也會造成非常大的影響。通過物理層安全保護技術(shù)的應(yīng)用可以對無線通信起到良好的保護效果，目前物理層安全保護技術(shù)的研究還處于起步階段，距離推廣還有著一定的距離，也就要求相關(guān)技術(shù)人員能夠加強對該方面的研究力度，以促進我國的無線通信行業(yè)得到更進一步的發(fā)展。

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作者：楊少川 單位：鄭州航空工業(yè)管理學院