专题：物理层安全技术

特邀策划人

毕业于国防科学技术大学通信工程专业。现任国防科技大学电子科学学院教授、博士生导师。全军优秀教师，军队院校育才金奖获得者，国家精品课程、国家精品资源共享课程《信息论与编码基础》负责人。

承担多项国家自然科学基金、国家“863”、武器装备预研等项目，在IEEE Trans等发表SCI学术论文30余篇。先后荣获省部级科技进步二等奖3项，军队教学成果二等奖1项，国家发明专利4项，国防专利1项，软件著作权1项。公开出版教材7部。主要研究方向：信息处理与通信信号分析、通信系统设计等。

毕业于西安电子科技大学信息与通信工程专业，获工学学士、硕士和博士学位，日本静冈大学联合培养博士，加拿大蒙特利尔大学博士后，先后任职西安电子科技大学副教授、蒙特利尔大学及麦吉尔大学高级研究员。现任华侨大学教授，中国电子学会高级会员，中国电子学会信息论专委会委员，IEEE学会会员，长期担任国内外重要期刊及会议论文评审人。主持完成国家自然科学基金面上项目和省自然科学基金面上项目等10余项，参加国家和省部级项目10余项。主要研究方向：信道编码和物理层安全通信。

内容导读

随着信息技术的高速发展，现代通信技术面临着不断更迭的安全威胁，此外由于数以亿计的设备接入无线通信系统中，用户隐私窃听和攻击事件频频发生，无线通信的安全问题显然已成为限制无线通信业务广泛开展的严重障碍。物理层安全(Physical Layer Security，PLS)技术作为增强无线通信安全性的新手段，利用物理层信道特性来保护需要传输的信息，实现了安全与通信一体化，它与现有密码技术的结合能够更好地弥补无线信道开放性带来的安全缺陷。随着无线通信各项技术的发展和创新，物理层的资源也逐渐被充分利用起来，物理层安全技术在未来通信系统中具有广阔的应用价值。为了让大家对物理层安全技术有深入的认识，我们组织了本专题。

在5G无线通信系统中，高效、快速、安全地传输信息对整个通信系统有着重大意义。论文“5G通信背景下物理层安全技术研究”对5G通信安全架构、通信系统的各协议层存在的安全威胁、物理层存在的安全问题和安全技术等进行了介绍，并基于物理层密钥生成技术和物理层加密技术提出了解决方案。论文“基于无线信道特征的内生安全通信技术及应用”从无线通信网络的根源出发，面向无线信道的内生属性，研究了基于无线信道特征的内生安全通信架构，提出了基于射频指纹与信道密钥的内生安全通信技术方案，旨在从体系结构上增强防御效果和安全性能。论文“一种基于物理层加密的OFDM 系统设计与实现”提出了一种基于物理层加密的OFDM 通信系统，通过加密调制联合设计，在复数域对调制后的复数信号进行等距变换，以混淆原始信号波形特征，可实现低功耗、低复杂度、低时延的物理层加密。

针对物理层调制加密技术，论文“面向物理层安全的广义随机空间调制技术”针对窃听信道质量优于合法信道质量时的物理层安全传输问题，提出了一种广义随机空间调制技术，利用合法信道的瞬时状态信息随机扰乱比特到符号的映射关系，从而实现物理层安全传输。论文“基于遗传算法的全索引调制物理层加密算法” 针对窃听者通过搜索检测信道子块导致传输安全性无法得到保证的问题，利用密钥生成技术提取初始密钥作为混沌发生器的初始值产生混沌序列，再利用该混沌序列对子块进行星座点映射和星座旋转，打乱了星座阶数和调制类型的特征，使得窃听者难以破解系统的参数，从而有效地提高全索引调制系统的安全传输性能。

非正交多址接入(Non-Orthogonal Multiple Access，NOMA)是一种新型的多址接入技术，可以显著提升网络的接入用户数，是海量连接场景中一个重要的候选空口技术。论文“全双工窃听者主动干扰的协作NOMA网络性能分析”研究了瑞利衰落信道下协作非正交多址系统的安全性能，推导了安全中断概率的近似表达式，分析了各节点传输信噪比与功率分配因子对系统中断概率的影响。论文“自适应窃听下NOMA用户协作干扰的物理层安全研究”提出了一种新型的协作NOMA方案，通过将强用户充当中继来协助转发弱用户信号，而弱用户采用全双工技术向窃听者发送干扰信号，从而提高通信链路的安全性和用户的服务质量。论文“基于NOMA的协作中继网络安全性能分析”从物理层安全角度研究了基于NOMA的多中继协作通信网络的安全性能，针对两种常见的通信场景，分别对正交接入和非正交网络的安全性能进行了理论推导及对比分析，验证了相同信道条件下NOMA网络可取得比OMA网络更好的安全性能，随着中继节点数目的增加，NOMA网络的优势将更为明显。

最后，论文“能量采集技术在主动窃听系统中的应用研究”针对基于能量采集技术的可疑通信网络的主动窃听场景，推导了主动窃听不中断概率的半闭合表达式，分析结果表明，能量采集时间、采集效率与可疑接收者的发射功率都是影响主动窃听性能的主要因素，且相互之间都存在正比关系。

综上所述，本专题包含了物理层安全技术综述、系统设计和关键技术分析等多个层次的文献，能够反映物理层安全调制、NOMA安全传输、窃听系统中能量采集等技术的研究现状和关键结论，希望能够给广大读者提供有益的启示和参考。衷心感谢各位作者精心撰稿！