安全技术
无线信道特征加密系统设计
赵双江刘廷银苏航
(中国人民解放军65589部队辽宁大连116004)
数事技术与良用
摘要：无线信道是无线通信系统研究的基础。而研究无线信道的录有效的方法就是进行实地信道探测实验。由于通信双方所处的无线通信环境具有专有性,所以其在信号发射和接收时反映在信号时频特性方面的表落情况、多径情况等具有专有性。无线信道特征加密系统同时适用于单天线和多天线系统,并且是复杂通信系统结构下物理层加密方策的实现基础。
关键词：无线信道加密系统设计中图分类号：TN918.82
1加密系统结构
文献标识码：A
图1是无线信道特征加密系统的发射机原理图。从图1中可以看到该方案针对实际系统的物理层，主要是对协议高层下发的数据进行处理。
用于实现物理层加密的模块共有5部分，分别是信道估计模块、时频域特征提取模块、时频域特征等效模块、时频城安全编码模块和随机噪声源，信道估计模块和时频城特征提取模块的主要功能是根据接收的信号估计并提取出能够反映出无线通信环境差别，并具有一定稳定性的时额城信道特征，为实现物理层加密传输提供可用的信道特征。时频城特征等效模块的功能是从时额城的角度，实现在保证合法用户接收信号质量的同时恶化非法用户的接收信号质量。其中具体有三种方式：
(1)随机子载波加权方式，主要利用无线信道幅频特征的差异性保障信号安全传输，(2)多径允余方式，主要根据宽带通信信道中的多径特征也较为丰富，同样可用来保障物理层加密传输(3)宽约束均方误差方式，重点解决发送端在进行时频城特征等效过程中，如何同时保障多个合法用户的间题，与后文的多用户方案相结合使用。在具体系统中，可根据实际情况选取三种等效方式。时频城安全编码模块是在时频城特征等效模块的基础上，通过对传输信息进行
安全编码，从而实现信息的安全传输。 2加密系统安全性评估
2.1信道特征分类
信道特征分类单元主要内容是对待评估的无线系统的信道待征进行提取、分类，其意义在于根据不同特征可以初步划定系统安全性评估方法，按照观测信道的角度不同，信道特征可分为空城待征、时额城特征以及其他特征，按照承载传输信号的方式不同，信道特征可分为加性特征、卷积特征和乘性特征。对于给定的无线系统物理层传输方案，其信道特征的类型是确定的。但对于特定的系统可能其信道特征同时分属若干类，此时按照其特征差异性、稳定性
协议高层剑惜编码
信道估计时频域特征提联
时频域特征等效 1.图机于最效加权方式 2.多8元余方式
3.实的束购方误差方式
时频城域安全编码
资源肤射
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图1无线信道特征加密系统
解调
随面
调制
文章编号：1007-9416(2015)07-0184-01 最大的分类法进行归类。
2.2信道特征测量
信道特征测量单元的主要内容是对信道特征进行测量，测量包括信道特征的差异性测量、信道特征的取值域测量和信道特征动态性测量。
(1)信道特征的差异性测量具体解决系统信道特征差异性大小的问题，其主要方法是在主要的通信场景(如室内通信环境、室外城区通信环境以及室外郊区通信环境等场景)下对多组通信双方所处不同地理位置的信道特征进行测量、统计，最终得到信道特征差异与通信场景、通信双方所处地理位置间的分布关系。(2)信道特征的取值城测量的目的是在不同场最，不同地理位置对单组通信双方间信道特征的分布情况进行测量，为最终的信道特征等效方案提供依据。(3)信道特征的动态性测量主要对无线信道特征随时间变化的分布情况进行测量、统计。由于无线信道具有时变性，会导致物理层加密传输方案的安全性具有时变性，从而可能导致不可控的安全威胁。所以需要在安全性评估之前，对信道特征的时变性进行测量，便于后续方案评估时变性造成的安全性间题。
2.3物理层加密性评估
物理层加密性评估是在信道特征测量的基础上，结合系统的物理层方案，最终评估系统的安全性能，并初步给出提高安全性的可行方案。最终的安全性评估分三个步骤；安全编码性能分析、等效信道特征统计和计算安全性指标。
(1)安全编码可以保证合法用户的接收信号质量好时，实现最大的信息安全传输速率，保障信号安全传输的重要环节，现有的安全编码主要借鉴传统的信道编码方式，其性能与安全理论限存在一定差距，在实现过程中为保证安全传输需要预留安全容限。所以在安全编码的安全性评估中，需要对安全编码的设计性能与实际性能进行评估，从而判断其是否存在安全隐惠。(2)信道特征经过等效变换后会保证合法用户可靠地接收信号，而非法用户的接收信号质量降低。在实际情况中，受限于系统的发射功率和信道特征的动态特性，最终的等效信道特征往往于预期的效果存在一定差距。所以需要对实际系统的等效信道特征进行统计分析，得出其在等效运算过程中存在的间题，从而在保证安全通信的基础上最大化地提高系统功率利用率，(3)物理层加密评估方案的最后一步是根据前述过程的分析结果计算安全性指标。现有的安全性指标有截获概率、安全信道容量、非法用户与发射端的互信息等，本方案重点采用安全信道容量作为安全评估指标。安全信道容量是指在保证合法用户信息安全的情况下，系统所能传输的最大信息速率。所以对于安全性较低的系统，其安全信道容量趋近于零，面对安全性高的系统，其安全信道容量趋近于系统的信道容量。最终依据实际系统的信息传输速率与其安全信道容量的差距即可给出安全性能评价。
收稿日期：2015-06-28
作者简介：赵双江(1970一)，男，黑龙江绥化人,本科，毕业于解放军广州通信学院，工程师，研究方向：计算机网络、通信系统维护、无线通
信安全。
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