浅析无线通信物理层的安全技术

刘文昊

摘要：和有线通信技术相比，无线通信技术的安全性较差。因为无线通信有着天然的广播性，因而散发的信息也比较容易被窃听到。无线通信中，如何保障信息安全非常关键。既要保障接收者能准确的接收来自发送方的信息，又要保障传输的信息不被窃取。随着近年来无线通信物理层安全技术的诞生，在很大程度上保障了无线传输的安全性。文章对无线通信物理层安全技术展开描述。

关键词：无线通信；安全技术；物理层

无线通信设备在生活中有着广泛的应用，极大的方便了我们的生活，但也存在着较大的安全性问题。无线通信的安全系统比较依赖物理层技术，依靠物理层外的多种协议进行保护。当物理层发生故障时，通信信息的安全性就很难被保障，因此要加强对物理层技术的研究。

一、无线通信物理层安全技术

（一）人工噪音技术

人工噪音技术能增强无线通信系统的安全，对盗窃信息者产生干扰。人工噪音是在信息发射端添加人工制成的噪音，噪音不能过大也不能过小。在信息传输过程中，噪音能对窃取者产生干扰，使得窃取者收到和真正的信息接收者不一样的信息，从而达到保护信息安全的效果。人工噪音技術的使用，也会降低信息传输的功率[1]。这种技术的实现有一个前提条件，就是要对窃取方的信息状态能进行准确获取，因而在实际的实现中有较大的难度。

（二）波束成型技术

波束成型技术是将数据流分在不同天线上以相同秩序传输。通过使用预制编码，能让多个数据流在多个天线上进行多秩传输。在保障物理层安全性方面，波束成型技术在信道设计过程中，增加了信息接收者和信息窃取者接收信号的质量差异。随着技术的不断发展，波束成型技术在发送者和接收者的保密速率在增大。这种安全技术若想有效的应用，就要让信息发射信号处在窃听者的零空间[2]。实际应用中，窃听者的信道状态信息很难进行准确定位。当窃听端的信道状态信息出现偏差，波束成型技术的应用效果就会大打折扣。

（三）协作干扰技术

通常情况下，无线通信发射端和接收端的距离较大。有时候，发射端的发射的功率受到限制，使得接收者无法收到信息。通信协作是将信息发射者发送到的信息传到信息中继站，从信息中继站传到接收者那里。中继站在此有着传递信息的作用，同时能产生一定程度上的干扰。中继站利用协作干扰技术能发射干扰信号，防止窃取信息者对信息进行盗窃。中继站产生的干扰信号又分为三种。第一是高斯白噪音，这种干扰信号在对窃听者产生干扰的同时，也会对接收者带来影响。高斯白噪音非常容易产生，但对通信安全的提升效果并不理想。第二种是其他信号源的发射信号，这种信号在运行时比较复杂，稳定性不强，安全性也难以保障。第三种是合法接收端的已知信号。这种信号的好处是不会影响到接收端，还能对窃取信息者造成干扰，运行的过程也相对复杂[3]。

（四）差异化信道估计技术

物理层中的差异化信道技术能在信道估计阶段对窃取信息者进行限制，使得窃听者收到大量的干扰噪音，增强破解时的困难程度。在实际的操作中，将一些人工制造的噪音插入到训练的信号中去，对信道状态信息的估计性能作出限制。差异化信道估计技术在实现时存在着一定的困难，如要让信息的发射端获取到足够的信道信息。针对于这种不足之处可采取不同的方案进行优化。其一是通过优化合法接收机的信道估计性能，对一些盗取者的接收机作出有力的限制。实际操作中，合法接收机要对多个阶段的信道信息作出反馈，这样才能更好的加入进去一些干扰的信息。还有一种方法是双向训练的方案，在信道具有互易性时，如不具备，发射端对反向训练的信道信息就获取不到。

（五）保密编码技术

物理层安全技术中，还有一个重要的技术就是保密编码技术。这种技术在应用的过程中，能用多种信道编码方式，提升无线通信技术的安全性。编保密码的形式分为LDPC码、极化码等多种形式，能在很大程度上提升无线通信的安全性[4]。编码中的LDPC技术在生活中有着较为广泛的应用。编码过程中，能按照编码块长度的变化，对编码率进行有效的控制。编码技术的安全性能是依靠质疑度进行衡量，能在保密编码使用过程中，对用户提供的信息数据作出评定。

二、结束语

综上所述，现阶段，无线通信技术在生活中的应用非常广泛，但也存在着安全性的问题。为了保障无线通信的安全性，其中用到了物理层安全技术。这种安全技术包括的种类是多种多样的，其中包括了人工噪声、波束成型、协作干扰、差异化信道估计等多个方面。对保障信息的安全发挥着重要的作用，很好的保护了无线通信系统。

参考文献：

[1]张立健，唐燕群.无线物理层安全综述[J].无线电工程，2018，48（06）：447-452.

[2]姜鑫. 无线通信系统物理层安全与合法监听技术研究[D].浙江大学，2018.

[3]杨扬，杨茂强，张子平.无线通信系统物理层安全传输方法综述[J].通信技术，2017，50（07）：1351-1356.

[4]林秀珍. 人工噪声优化的物理层安全传输方案研究[D].重庆邮电大学，2017.