无线通信信道特征等效下的物理层安全性研究

无线电波信号传播的开放性使得通信信息极易被窃听者获取，所以相比有线通信具有更大的安全隐患，有线通信的加密方法不能完全适用。只有从无线自身的本质和特点出发，探索无线信道的基本规律及其与安全性的内在联系，才是解决无线安全问题的根本途径。本项目研究利用物理层信道的多样性和独有性进行安全加密的模型和方法，即通过提取出无线通信双方的信道特征，选择性地形成发送方与接收方新的等效信道特征，以使合法用户接收端处于稳定、利于接收的等效信道，而窃听用户接收端处于快变、难以预知的等效信道，从而实现物理层安全的目的。内容包括建立信道特征等效模型；提出三种信道特征等效的研究方向：1）信道特征向量的零空间研究；2）信道特征选择的多样性研究；3）等效信道特征的多样性研究；为信道特征等效模型设计并建立实验验证环境。预期在上述方面取得理论突破，为无线信息安全提供一类新思路、新方法，对该领域研究起到积极的推动作用。

由于无线信道的开放性，无线通信系统的物理层存在严重的安全隐患。无线通信信道特征等效下的物理层安全性研究从无线信道特征的多样性和独有性入手，分析并建立等效信道特征安全传输模型，研究该模型下安全传输技术与方法的安全性问题。其中包括：.1）提取具有差异性的无线安全通信信道的特征。从无线信道的多样性、独有性和时变性出发，分析了基于位置、多径、衰落特性以及多普勒频移的无线通信等效信道特征；准确的信道特征对合法用户的通信质量以及系统的安全性均有着及其重要的作用；最佳信道特征提取受当前通信体制制约，它能决定所采用的加密方案，保障通信的可靠性。.2）提出具有安全性、普适性的物理层安全模型。项目组建立了无线物理层安全传输的一般模型，提出了物理层安全传输投影算子的概念。基于该模型提出和完善了一系列基于等效信道多样性和信道特征跳变的安全传输算法。.3）在理论方法研究的同时，项目组还搭建了宽带阵列实验平台，设计了辅助人工噪声的安全传输方法，并利用该平台验证已有人工噪声方法与项目组提出的处理方法。.项目组的理论研究和实测实验均充分表明了能够实现实时保密通信的要求，它可以极大地提高无线通信的安全性。.此外，项目组还结合无线安全传输系统的设计，对研究计划进行了拓展和延伸。提出了基于信道编码的无线物理层安全方法。本项目已按计划顺利开展，在上述几个方面获得了一定的理论突破和技术创新，取得了丰富的研究成果，预计将对相关学科的研究起到积极的推动作用。