3。1  引言 22

3。2  系统模型 22

3。3  基于正交投影法的多波束DM发射机 24

3。4  基于最大化信泄噪比的DM合成方案 25

3。5  仿真性能分析 26

3。6  本章小结 30

结  论 31

致  谢 32

参考文献 33

1  绪论

1。1  物理层安全技术概述

无线网络的安全性内涵广泛，包括机密性(Confidentiality)，完整性(Integrity)，身份认证(Authentication)，访问控制(Access control)以及可用性(Availability)等[1]。从信息理论的角度来看，沿用传统有线通信中的信息加密和解密技术，例如，数据加密标准(Data Encryption Standard, DES)[2]和高级加密标准(Advanced Encryption Standard, AES)[3]，上述无线保密问题已在上层协议栈的级别上进行了处理。然而，加密系统所需的安全信道及其安全协议仍然难以保障，其密钥的分配和管理也可能产生系统的安全漏洞[4]。另一方面，由于此类技术主要取决于密钥算法的复杂度，随着计算能力和破译手段的不断提升，例如量子计算机的发展，经典的加密体制已不再适应现今对安全性能的提升需求。论文网

近年来，对物理层安全编码和信号处理技术的研究则为系统安全性能提供了保障，包括无密钥的物理层安全传输[5][6][7]，基于信道的密钥生成方案[8]，以及低概率截获和侦测的信号处理[9]三类主要技术。值得注意的是，物理层安全技术利用无线传输的内在特性来实现通信信息的安全传输，可以有效克服传统技术中依赖于窃听者有限能力的固有缺陷。

其中，无密钥的物理层安全传输技术通常采用信道编码方案，允许目的方向上真实可靠的信息传输，同时在非期望方向上产生大量的冗余干扰。在论文[5]中，Wyner对离散无记忆的窃听信道进行研究，并提出了安全通信容量的概念。通信容量定义为发射机将信息可靠传输到期望设备时，源点和目的地之间能达到的最大传输速率。研究表明，只要合法信道的通信质量优于潜在的窃听信道，就能够实现安全的信息传输。随后，文献[6]和[7]分别将此概念扩展到高斯信道以及机密信息的广播信道中。

文献[1]中还简要介绍了信号处理方案，即从信号处理的角度扩大合法信道和窃听信道的差异性，来实现低截获概率(Low Probability if Interception, LPI)和低检测概率(Low Probability if Detection, LPD)。例如，考虑信道的时间变化，即使目的接收信道的平均性能低于窃听信道，也可以实现特定时隙内一个可能的安全速率；基于信道的空间变化，同时允许不同空间方位上的信号干扰等。常用的信息处理方案包括扩展频谱技术和DS-CDMA，其中，跳频技术(Frequency-hopping, FH)尤其在军事和商业领域中备受关注，例如蓝牙和无绳电话的应用。

多输入多输出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)技术利用多天线提供的额外自由度可进一步提升物理层的安全性能。近年来，基于信号处理的MIMO窃听信道也引起了广泛的关注[11][12]。文献[13]中，作者采用安全预编码(Pre-coding)技术将信道分解为多个平行的子信道，通过在子信道上实施的窃听编码来确保目的信道的性能优势。其中，当窃听者信道未知时，还可以采用人为噪声(Artificial noise, AN)的方案来干扰窃听端的信息接收[14]。AN技术根据实际的通信特点来发射所需的噪声信号，可以有效降低窃听方向的信道质量，同时保证期望方向上的安全通信。