基于MIMO-OFDM系統(tǒng)的跨層增強安全技術研究.pdf

1、作為滿足2020年以后急速增長的通信業(yè)務需求而發(fā)展起來的5G通信，在數(shù)據(jù)傳輸速率、資源利用率、無線覆蓋性能、用戶體驗等方面較4G系統(tǒng)得到顯著提高。然而無線信道的開放性、廣播性、終端的移動性、網(wǎng)絡拓撲結構的多樣性及無線傳輸?shù)牟环€(wěn)定性使得5G智能移動通信網(wǎng)絡面臨著更多的安全威脅。
　　隨著并行計算、高速計算機等技術的飛速發(fā)展，依賴于計算受限的傳統(tǒng)通信系統(tǒng)安全機制需要共享越來越長的密鑰，使得無線接入階段的密鑰分發(fā)需要很長的時延，上層計算

2、復雜度也越來越大，如果密鑰一旦泄露或被破解，整個系統(tǒng)的安全體系將會徹底崩潰。5G通信系統(tǒng)輕重量、快速接入、異構網(wǎng)絡的要求使得僅依靠上層基于計算安全的措施已經(jīng)不能滿足實際安全需求，物理層安全新技術為5G通信系統(tǒng)所關注，物理層安全是基于統(tǒng)計的安全，雖然隨機特性使得其不可能破解，但其系統(tǒng)復雜度高，以犧牲系統(tǒng)傳輸效率為代價，嚴重依賴噪聲環(huán)境的特性使物理層安全技術不能保證概率為1的安全性能。
　　本文從上述研究背景出發(fā)，針對LTE系統(tǒng)中MI

3、MO-OFDM關鍵技術，提出將物理層安全技術與傳統(tǒng)密碼技術相結合實現(xiàn)通信系統(tǒng)跨層安全傳輸，方案既考慮到通信系統(tǒng)的可靠性又要保證新的安全機制具有更高的安全性能。MIMO跨層安全傳輸系統(tǒng)中，變形碼集的設計是研究的關鍵。首先，本文開展了基于OSTBC變形碼集的研究，提出了一種適用于多天線OSTBC變形碼集設計方案，仿真結果表明該變形碼集用于跨層安全傳輸系統(tǒng)中可以實現(xiàn)最佳的通信安全性能。其次，本文根據(jù)STTC編碼的特點設計一種變形碼集，在上層密

4、鑰流的控制下，該STTC變形碼集可以使竊聽者以100％的誤幀率接收信息。然后，本文針對MIMO中的預編碼技術，提出一種基于旋轉(zhuǎn)預編碼矩陣180o的跨層安全通信方案，其不受信道特性局限，物理層信號設計簡單，可以實現(xiàn)竊聽者概率為1的安全通信。最后，本文詳細討論了OFDM加密跨層安全傳輸技術，研究表明提出的OFDM跨層加密系統(tǒng)能提供比傳統(tǒng)加密系統(tǒng)更強的安全性能，尤其是高階調(diào)制或部分密鑰泄露仍然能為通信系統(tǒng)提供很高的安全保護。本文所提方案可以用