无线通信调制信号的信息安全风险解析

田安航

（展讯通信（天津）有限公司 天津 300000）

无线通信调制信号的信息安全风险解析

田安航

（展讯通信（天津）有限公司 天津 300000）

对于无线通信而言，不仅深入到人们的生活，同时也在一定程度上深入到人们工作的方方面面，所以对其安全性问题必须给与高度的重视，现阶段无线通信系统比较缺乏物理层面的防护措施，攻击者可以使用盲信号处理技术对信号的重要信心进行恢复，这样进一步导致合法通信遭受相对来说比较大威胁。本文主要对无线通信调制信号的信息安全风险进行分析，进而提出以下内容。

无线通信；信息安全；探究

引言

由于无线物理信道的开放性为攻击者的窃密提供相对来说比较大的便利，攻击者在对这些调制信号进行截获后，都活对信道均衡以及调制识别等盲信号处理技术进行利用，只有这样才能推测用户的身份，甚至破译截获信号所承载的明文信息，让合法用户的通信安全遭受到巨大威胁。

1 无线通信调制信号的信息安全风险分析

对于无线通信系统而言，无线通信链路具有一定的开放性，并且承载着相对来说比较重要的信息无线调制信号几乎完全都暴露在自由的电磁空间中，这样进一步导致无线通信存在着比较大的安全风险：①任何人都可以对接收设备截获自由空间中的信号进行利用，对于无线通信链路自身所具有的开放性围攻记者窃密提供一定的便利；②现阶段由于无线通信系统缺乏物理层安全保护措施，但信道均衡以及调制识别等相关一系列的盲信号在处理过程中的技术比较成熟，即使在没有任何关于发送信号的先验知识的状况下，攻击者可以对相关技术进行利用，还是能够得到截获调制信号的重要信息，进一步实现对信号的调节译码。

在对无线通信调制信号的信息安全风险进行研究的过程中，充分的考虑到信息的瞬时特征直接承载着发送的基带信号信息，信号的星座图完整以及更为清晰对数字调制的映射关系进行表达，并且多调制识别方法都是对这些特征进行研究的，为了有效的对无线通信调制信号存在的信息安全风险问题进行验证，探究如何在实际非协作通信中对调制信号的重要信息进行恢复，这不仅包括瞬时幅度，同时也在一定程度上包括瞬时频率以及信号的星座图等。

在使劲进行应用的过程中，对频谱分析仪等相关一些接收仪器进行充分的利用，不仅可以对一定频谱带宽信号进行监测，同时还可以人工的近似估计感兴趣频段信号的中心频率，只有这样才能对信号实施正交下变频采集得到I路以及Q路基带信号，由于缺少着一定的先验经验和硬件设备精度限制，有效的估计出中线；频率和发送信号的载波频率存在偏差。所以非协作环境下基带信号的幅度在一定程度上可以进行恢复的。

对于接收信号而言，其瞬时相为φY（t）和基带信号瞬时相为φ1（t）对下述关系进行满足：

在公式（1）中可以进一步的看出，载波频偏的存在为接收信号的瞬时相为φY（t）充分的引入到线性相为分量2π△ft，所以得到的接收信号相位后需要对该现象相位分量进行去除，只有这样才能在一定程度上得到基带信号的瞬时相位。

由公式（1）可知，由于存在着载频偏差，瞬时相位的绝对大小都会在一定程度上由于采样的时间增大，如果相位真值小于0，或者是等于2π时，可以按照公式（2）计算相位φ（t）是相位真值φy（t）模2π后的结果，所以会进一步造成相位卷叠。

在这里使用相位φ（t）加上校正相位分量Ck（t）的去卷叠算法，具体算法如（3）所示：

其中，Pth主要是为卷叠门限，Ck（0）=0则是为去卷叠之后的相位，（t）则是为：

经过分析之后可以得出，去卷叠之后的相位存在着一个因为载频偏差引起的线性相位分量，去除该分量之后可以得到基带信号的相位（t），其信号的载频偏差相对来说比较小，通常情况下能够满足△fT＜0.2，T主要是作为发送符号的传输率，针对于不同的调制技术特点来说，现如今较为常用的载频偏差骨架方法是存在着非线性换法以及最小均方程差法。估计出在偏差△φ赞后既可以去除线性相位分量，从而得到基带信号的瞬时相位，如下所示：

通过对上述公式进行结合，并不需要任何先进的知识便可以估算出基带信号的瞬时相位。瞬时频率的概念主要是经过Garson等人在1937年首次在电路理论当中所提出，指出瞬时频率是传统频率的一般比，同时也是相位角对于时间的变化率，在1946年Gabor给出了经典的解析信号定义，为研究瞬时频率从而提出了理论的基础，目前较为常见的瞬时频率估计方法主要是由相位法以及谱峰检测的方法以及零点法等。

通过上述分析，因为缺少对物理层调制过程中的重要信息安全防护措施，就算是没有任何先进的知识非协作通信的情况下，信号的重要信息依然是可以被恢复过来，从而使其通信存在着极大的安全隐患。

2 关于仿真以及分析

针对于无线通信调制信号来说，其信息的安全风险进行定性的分析，本文选择数字移动通信、卫星通信以及蜂窝集群通信等无线通信领域当中较为常用的GMSK（Gaussian filtered minimun shifk keying），QPSK（quadrature phase shift keying），16QAM（16quadrature amplitude modulation）信号进行仿真的分析，所有的仿真实验全部假设为非协调作通信环境，没有用到任何的经验知识，其中噪声主要是为加性高斯白噪音，观察码元个数为N，采样的周期Ts=1/1600s，码元周期T=1/200s，载频偏差△fT=0.1。

针对于GMSK信号来说，成型滤波器主要是为高斯滤波器，其中滤波器的3dB带宽以及符号码元浊气的成绩主要是为0.5，GMSK信号的2个基带载频分别是为f1=1/（4T）=50Hz，f2=-1（4T）=-50Hz，考虑到GMSK信号调整特征是瞬时频率，所以本文根据瞬时频率的估计效果对其存在着的信息安全风险进行定性的分析。

通过上述分析，如果在没有任何先验信息的过程中，在一定信噪比以及观察码元个数情况下，对信号的基本瞬时特征进行常规有效的调制，同时也要调制星座图等相对来说比较重要的信息能被恢复出来，在对通信信号调制方式识别以及码元同步等技术进行有效的结合，进一步对接收信号进行盲解调，让合法通信遭受安全威胁。

调制方式加密技术是现阶段新出现的一种物理层加密技术，对于这种加密技术而言，其基本的思想就是在基带教学调制的过程中对信息比特反映星座符号的形式进行有效的加密，并且通过对星座图的结构进行相应的改变，例如：旋转以及引入极化状态调制等，这样不仅对调制过程中的关键信息进行防护，同时还能实现对关键信息的隐藏，让攻击者不能对其进行正确的解调。

3 总结

综上所述，无线通信调制信号的信息安全风险进行定性分析的过程中，也对其风险进行评估，由于无线通信链路的开放性以及调制信号重要信息防护技术的应用相对来说比较缺乏，在接收信噪比较高时，不仅能够得到完整的信号特征，同时也能得到较为清晰的信号特征，这样就会在一定程度上导致通信安全遭受到比较大的威胁，所以，无线通信系统中，对物理层上的信号调制过程中进行安全防护是十分必要的。

[1]孟玉静.我国新型农业经营体系构建路径研究[D].西南财经大学，2014，12（05）：145～147.

[2]任谦.基于软件无线电的调制方式自动识别[D].北京工业大学，2013，14（08）：167～169.

[3]张爱华.粒子群优化算法在通信信号调制模式识别中的应用[D].武汉科技大学，2013，15（08）：134～135.

[4]刘欢.基于循环平稳理论的数字调制信号识别研究[D].兰州理工大学，2014，14（05）：123～127.

TN92

A

1004-7344（2016）23-0266-02

2016-7-23