淺析無線通信物理層的安全技術

劉文昊

摘要：和有線通信技術相比，無線通信技術的安全性較差。因為無線通信有著天然的廣播性，因而散發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鍵。既要保障接收者能準確的接收來自發送方的信息，又要保障傳輸的信息不被竊取。隨著近年來無線通信物理層安全技術的誕生，在很大程度上保障了無線傳輸的安全性。文章對無線通信物理層安全技術展開描述。

關鍵詞：無線通信；安全技術；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比較依賴物理層技術，依靠物理層外的多種協議進行保護。當物理層發生故障時，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的研究。

一、無線通信物理層安全技術

（一）人工噪音技術

人工噪音技術能增強無線通信系統的安全，對盜竊信息者產生干擾。人工噪音是在信息發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。人工噪音技術的使用，也會降低信息傳輸的功率[1]。這種技術的實現有一個前提條件，就是要對竊取方的信息狀態能進行準確獲取，因而在實際的實現中有較大的難度。

（二）波束成型技術

波束成型技術是將數據流分在不同天線上以相同秩序傳輸。通過使用預制編碼，能讓多個數據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量差異。隨著技術的不斷發展，波束成型技術在發送者和接收者的保密速率在增大。這種安全技術若想有效的應用，就要讓信息發射信號處在竊聽者的零空間[2]。實際應用中，竊聽者的信道狀態信息很難進行準確定位。當竊聽端的信道狀態信息出現偏差，波束成型技術的應用效果就會大打折扣。

（三）協作干擾技術

通常情況下，無線通信發射端和接收端的距離較大。有時候，發射端的發射的功率受到限制，使得接收者無法收到信息。通信協作是將信息發射者發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，同時能產生一定程度上的干擾。中繼站利用協作干擾技術能發射干擾信號，防止竊取信息者對信息進行盜竊。中繼站產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射信號，這種信號在運行時比較復雜，穩定性不強，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

物理層中的差異化信道技術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，對信道狀態信息的估計性能作出限制。差異化信道估計技術在實現時存在著一定的困難，如要讓信息的發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化。其一是通過優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，發射端對反向訓練的信道信息就獲取不到。

（五）保密編碼技術

物理層安全技術中，還有一個重要的技術就是保密編碼技術。這種技術在應用的過程中，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。編碼技術的安全性能是依靠質疑度進行衡量，能在保密編碼使用過程中，對用戶提供的信息數據作出評定。

二、結束語

綜上所述，現階段，無線通信技術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。這種安全技術包括的種類是多種多樣的，其中包括了人工噪聲、波束成型、協作干擾、差異化信道估計等多個方面。對保障信息的安全發揮著重要的作用，很好的保護了無線通信系統。

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. 無線通信系統物理層安全與合法監聽技術研究[D].浙江大學，2018.

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

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