無線通信系統(tǒng)中的物理層安全技術研究

余操操 徐京 呂湉

摘 要：近年來，物理層安全技術利用傳輸鏈路的物理特性，通過物理層的編碼、調(diào)制以及傳輸方式來實現(xiàn)安全通信，因此加強其技術是極為關鍵的。在物理層優(yōu)化改造過程之中，因為某些客觀不確定的因素而形成的變化會致使其安全性產(chǎn)生意想不到的變化，所以必須在其運行時前總結提出各種可能遇到的問題和因素，然后就是要對所產(chǎn)生的問題進行分析探究，最終找到合理的方法解決問題，本文對其展開探討。

關鍵詞：無線通信系統(tǒng)；物理層；安全技術

1 引言

無線通信技術發(fā)展是極為迅猛的，目前來說對其進行物理層安全技術的加強是極為關鍵的，可以有效地使其傳輸效率和安全性得到提升。目前的發(fā)展方向主要有以下幾點：（1）對于傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡進行分析，將無線網(wǎng)絡的使用要求以及構建模式進行探究，對于網(wǎng)絡中可能存在的盲區(qū)進行進一步的解析，進行網(wǎng)絡的規(guī)劃。（2）對于現(xiàn)存網(wǎng)絡的物理層拓撲結構進行分析，同時進行交換機的配置，選取有效的位置來進行交換機的放置，實現(xiàn)信號的高效傳輸，避免干擾。（3）對于無線網(wǎng)絡物理層進行信道劃分，對于其性能進行測試，對它的有效性展開探究，從傳輸帶寬和信號強度等方面對其傳輸效益進行綜合性的評判，得出更加優(yōu)化的傳輸方案。（4）通過整體的無線網(wǎng)絡建設測試，指出現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡技術在現(xiàn)實網(wǎng)絡環(huán)境中的不足之處和改進的方向。

2 無線通信系統(tǒng)的物理層安全技術

2.1 物理層安全技術設計原則

（1） 經(jīng)濟性 應當采用較低的成本來實現(xiàn)，應當按照國家的相關規(guī)定，避免出現(xiàn)浪費的情況，盡量的降低成本，因此應該從實用的角度多進行考慮。

（2） 易用、可用性 無線網(wǎng)絡有接入的隨機性和靈活性，因此應該擴大其覆蓋范圍，加強網(wǎng)絡的管理，使得人們對于無線網(wǎng)絡應用更加的便捷。

（3） 移動性 無線網(wǎng)絡可以避免地形對其的控制，為了實現(xiàn)高效的移動上網(wǎng)，因此要保證設備可以進行快速的安裝，使得其移動性提升，讓人們使用更加的方便。

（4） 安全性 無線網(wǎng)絡不需要光纜就可以進行數(shù)據(jù)的傳輸，但是其安全性也是極為重要的，需要防止外部的信號對其進行干擾，減少網(wǎng)絡的波動情況，同時增大其帶寬，用各種手段來保證其傳輸?shù)挠行浴?/p>

2.2 多天線分集技術

隨著無線多入多出（MIMO）技術的應用，終端往往具有多根發(fā)送和接收天線。多天線技術主要利用空間自由度來實現(xiàn)安全。對于發(fā)送端的多天線技術，主要有最大比傳輸（MRT）、空時編碼傳輸（OSTBC）和發(fā)送天線選擇（TAS）等方案。最大比傳輸波束成型技術，其通過對多跟發(fā)射天線進行系數(shù)的加權處理，增強接收端的信號強度；空時編碼技術則利用發(fā)端多天線帶來的空間維度和信息傳輸?shù)臅r間維度來提高信息傳輸?shù)陌踩煽啃?；發(fā)送天線選擇技術通過選擇最優(yōu)的一根發(fā)射天線，使得接收端收到的瞬時信噪比最大，而該最優(yōu)天線對于竊聽用戶端而言卻是隨機的，從而使得主信道質(zhì)量優(yōu)于竊聽信道質(zhì)量。

2.3 協(xié)作干擾技術

協(xié)作干擾技術是實現(xiàn)物理層安全傳輸?shù)闹匾侄沃?，在不影響合法終端正常通信的前提下，通過在傳輸信道的零空間上疊加人工噪聲和干擾信號來擾亂竊聽節(jié)點對信號的接收。人工噪聲或者干擾信號可以分別在發(fā)送端、接收端和協(xié)作終端上進行疊加。在多入單出無線通信系統(tǒng)中，利用發(fā)端天線在傳輸信息的同時，發(fā)送干擾信號來提高傳輸?shù)陌踩阅?，并研究了系統(tǒng)功率分配的優(yōu)化問題和傳輸方案的安全吞吐量。在放大轉發(fā)中繼系統(tǒng)中，利用目的節(jié)點發(fā)送干擾來實現(xiàn)安全通信，并通過干擾功率分配的優(yōu)化，實現(xiàn)最優(yōu)的安全傳輸。

3 物理層安全其他優(yōu)化技術分析

3.1 信道規(guī)劃技術

我們對于無線網(wǎng)絡物理層要進行信道規(guī)劃，這也是一種極為重要的優(yōu)化方案，主要考慮的因素是信號的質(zhì)量與接入范圍，同時我們應該避免出現(xiàn)接入點在重疊情況下可能導致資源的浪費，如果這些接入點都在一個信道，那么就可能會引起信號之間出現(xiàn)相互干擾的情況，網(wǎng)絡的傳輸效率比較低，那么需要進行網(wǎng)絡的劃分，利用虛擬的方式來建立多個無線網(wǎng)絡，每個網(wǎng)絡都要使用自己的帶寬，這樣就可以避免信號的重疊情況，同時要對于具體地形來進行考慮，避免出現(xiàn)空間中的信號干擾，在水平合作或者垂直方向都要進行考慮，避免出現(xiàn)整個樓層的相互干擾，所以我們應當采用相關的信號管理方案，這樣就可以實現(xiàn)信道在物理上和地域上都可以進行隔離，那么就可以讓整個無線網(wǎng)絡的信號強度提升，質(zhì)量也得到改善，優(yōu)化整個網(wǎng)絡，一般采用20MHz的頻率進行通信組網(wǎng)，避免出現(xiàn)接入點的重疊等嚴重的問題，加大覆蓋范圍。

3.2 功率調(diào)整技術

通過對于無線網(wǎng)絡物理層的功率調(diào)整，可以有效的對于其信號的發(fā)射情況進行調(diào)控，將就可以提升其信道的利用率，通過發(fā)射功率調(diào)整就可以實現(xiàn)頻道的復用，使得整個無線網(wǎng)絡的通訊性能得到提升，虛擬網(wǎng)絡的建設，可以從成本上進行降低，同時使得使用更加方便。為了實現(xiàn)無線信號的傳輸競爭與沖突避免，那么我們必須對于信道進行相應的監(jiān)聽，如果發(fā)現(xiàn)有其他信道在傳輸數(shù)據(jù)時就需要進行規(guī)避，如果沒有其他信號在信道中，那么我們就可以對于信道進行檢測并且進行數(shù)據(jù)的傳輸，在無線系統(tǒng)中，每個信道所分到的帶寬，并不是無限的，它是有一定限制的，在完成新的信號傳輸后就要進行信道的收回，為了避免出現(xiàn)接入點之間的相互干擾情況，因此需要對其功率進行相應的調(diào)整，使得在同一時刻的一個位置只能出現(xiàn)一個信號比較強的接入點，同時這樣這個信號點必須滿足用戶的需求。

3.3 頻點規(guī)劃技術

在整個無線網(wǎng)絡建設過程中，我們必須采用增加接入點的個數(shù)來進行用戶的擴容，但是如果接入點過多的話就可能造成信號重疊的情況，為了盡量的使得接入點的頻段干擾減小，就必須對于頻段進行優(yōu)化，使其能夠在保證覆蓋范圍的情況下，盡量的減少失真率主要有以下的優(yōu)化原則： 我們對于無線網(wǎng)絡進行優(yōu)化就可以看出來，在整個網(wǎng)絡的優(yōu)化過程中，主要是通過頻道的復用來進行的，為了避免頻段之間存在干擾的情況，那么對于同頻干擾要進行抑制，我們遇到的大量的接入點區(qū)域當中，1、6號和11號信道可能會多次重復使用，這樣就可能會導致接入點出現(xiàn)相應的頻段重合的情況，因此我們對于這三個頻道要進行重視，加強控制，避免出現(xiàn)更加嚴重的信號錯亂的情況。

4 總結

雖然其能在很多方面代替有線網(wǎng)，但是無線局域網(wǎng)也有它的不足。無線局域網(wǎng)信號衰減快，不能像有線信號一樣傳播更遠的距離。無線局域網(wǎng)能利用的信道少，當有多家運營商在同一地點建設網(wǎng)絡時，很容易造成相互干擾，現(xiàn)在這個問題還沒很好的解決辦法。環(huán)境的變化對無線局域網(wǎng)的影響非常大，當環(huán)境很復雜時，無線局域網(wǎng)很難提供優(yōu)質(zhì)的上網(wǎng)服務。無線局域網(wǎng)也不適合進行室外覆蓋，一般只適用于熱點覆蓋，如果想建成像2G、3G那樣大范圍覆蓋的網(wǎng)絡，成本巨大，而且效果很差。無線局域網(wǎng)只能作為有線網(wǎng)的補充，和3G、4G網(wǎng)相互配合，才具有實際的應用價值。

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作者簡介：

余操操，1996.05.20，男，漢，浙江省慈溪市，學生，本科，信息系統(tǒng)工程