淺析無線通信物理層的安全技術(shù)

劉文昊

摘要：和有線通信技術(shù)相比，無線通信技術(shù)的安全性較差。因為無線通信有著天然的廣播性，因而散發(fā)的信息也比較容易被竊聽到。無線通信中，如何保障信息安全非常關(guān)鍵。既要保障接收者能準確的接收來自發(fā)送方的信息，又要保障傳輸?shù)男畔⒉槐桓`取。隨著近年來無線通信物理層安全技術(shù)的誕生，在很大程度上保障了無線傳輸?shù)陌踩?。文章對無線通信物理層安全技術(shù)展開描述。

關(guān)鍵詞：無線通信；安全技術(shù)；物理層

無線通信設備在生活中有著廣泛的應用，極大的方便了我們的生活，但也存在著較大的安全性問題。無線通信的安全系統(tǒng)比較依賴物理層技術(shù)，依靠物理層外的多種協(xié)議進行保護。當物理層發(fā)生故障時，通信信息的安全性就很難被保障，因此要加強對物理層技術(shù)的研究。

一、無線通信物理層安全技術(shù)

（一）人工噪音技術(shù)

人工噪音技術(shù)能增強無線通信系統(tǒng)的安全，對盜竊信息者產(chǎn)生干擾。人工噪音是在信息發(fā)射端添加人工制成的噪音，噪音不能過大也不能過小。在信息傳輸過程中，噪音能對竊取者產(chǎn)生干擾，使得竊取者收到和真正的信息接收者不一樣的信息，從而達到保護信息安全的效果。人工噪音技術(shù)的使用，也會降低信息傳輸?shù)墓β蔥1]。這種技術(shù)的實現(xiàn)有一個前提條件，就是要對竊取方的信息狀態(tài)能進行準確獲取，因而在實際的實現(xiàn)中有較大的難度。

（二）波束成型技術(shù)

波束成型技術(shù)是將數(shù)據(jù)流分在不同天線上以相同秩序傳輸。通過使用預制編碼，能讓多個數(shù)據(jù)流在多個天線上進行多秩傳輸。在保障物理層安全性方面，波束成型技術(shù)在信道設計過程中，增加了信息接收者和信息竊取者接收信號的質(zhì)量差異。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，波束成型技術(shù)在發(fā)送者和接收者的保密速率在增大。這種安全技術(shù)若想有效的應用，就要讓信息發(fā)射信號處在竊聽者的零空間[2]。實際應用中，竊聽者的信道狀態(tài)信息很難進行準確定位。當竊聽端的信道狀態(tài)信息出現(xiàn)偏差，波束成型技術(shù)的應用效果就會大打折扣。

（三）協(xié)作干擾技術(shù)

通常情況下，無線通信發(fā)射端和接收端的距離較大。有時候，發(fā)射端的發(fā)射的功率受到限制，使得接收者無法收到信息。通信協(xié)作是將信息發(fā)射者發(fā)送到的信息傳到信息中繼站，從信息中繼站傳到接收者那里。中繼站在此有著傳遞信息的作用，同時能產(chǎn)生一定程度上的干擾。中繼站利用協(xié)作干擾技術(shù)能發(fā)射干擾信號，防止竊取信息者對信息進行盜竊。中繼站產(chǎn)生的干擾信號又分為三種。第一是高斯白噪音，這種干擾信號在對竊聽者產(chǎn)生干擾的同時，也會對接收者帶來影響。高斯白噪音非常容易產(chǎn)生，但對通信安全的提升效果并不理想。第二種是其他信號源的發(fā)射信號，這種信號在運行時比較復雜，穩(wěn)定性不強，安全性也難以保障。第三種是合法接收端的已知信號。這種信號的好處是不會影響到接收端，還能對竊取信息者造成干擾，運行的過程也相對復雜[3]。

（四）差異化信道估計技術(shù)

物理層中的差異化信道技術(shù)能在信道估計階段對竊取信息者進行限制，使得竊聽者收到大量的干擾噪音，增強破解時的困難程度。在實際的操作中，將一些人工制造的噪音插入到訓練的信號中去，對信道狀態(tài)信息的估計性能作出限制。差異化信道估計技術(shù)在實現(xiàn)時存在著一定的困難，如要讓信息的發(fā)射端獲取到足夠的信道信息。針對于這種不足之處可采取不同的方案進行優(yōu)化。其一是通過優(yōu)化合法接收機的信道估計性能，對一些盜取者的接收機作出有力的限制。實際操作中，合法接收機要對多個階段的信道信息作出反饋，這樣才能更好的加入進去一些干擾的信息。還有一種方法是雙向訓練的方案，在信道具有互易性時，如不具備，發(fā)射端對反向訓練的信道信息就獲取不到。

（五）保密編碼技術(shù)

物理層安全技術(shù)中，還有一個重要的技術(shù)就是保密編碼技術(shù)。這種技術(shù)在應用的過程中，能用多種信道編碼方式，提升無線通信技術(shù)的安全性。編保密碼的形式分為LDPC碼、極化碼等多種形式，能在很大程度上提升無線通信的安全性[4]。編碼中的LDPC技術(shù)在生活中有著較為廣泛的應用。編碼過程中，能按照編碼塊長度的變化，對編碼率進行有效的控制。編碼技術(shù)的安全性能是依靠質(zhì)疑度進行衡量，能在保密編碼使用過程中，對用戶提供的信息數(shù)據(jù)作出評定。

二、結(jié)束語

綜上所述，現(xiàn)階段，無線通信技術(shù)在生活中的應用非常廣泛，但也存在著安全性的問題。為了保障無線通信的安全性，其中用到了物理層安全技術(shù)。這種安全技術(shù)包括的種類是多種多樣的，其中包括了人工噪聲、波束成型、協(xié)作干擾、差異化信道估計等多個方面。對保障信息的安全發(fā)揮著重要的作用，很好的保護了無線通信系統(tǒng)。

參考文獻：

[1]張立健，唐燕群.無線物理層安全綜述[J].無線電工程，2018，48（06）：447-452.

[2]姜鑫. 無線通信系統(tǒng)物理層安全與合法監(jiān)聽技術(shù)研究[D].浙江大學，2018.

[3]楊揚，楊茂強，張子平.無線通信系統(tǒng)物理層安全傳輸方法綜述[J].通信技術(shù)，2017，50（07）：1351-1356.

[4]林秀珍. 人工噪聲優(yōu)化的物理層安全傳輸方案研究[D].重慶郵電大學，2017.