發(fā)布時間：2020-08-08 20:42

【摘要】：大規(guī)模多輸入多輸出(Massive MIMO)技術(shù)被認為是5G網(wǎng)絡(luò)物理層的核心技術(shù),目前已得到國內(nèi)外學者的廣泛研究。隨著Massive MIMO技術(shù)日益走向應(yīng)用,無線網(wǎng)絡(luò)面臨的安全挑戰(zhàn)成為更加突出的問題,Massive MIMO系統(tǒng)的物理層安全已備受學術(shù)界的關(guān)注。欺騙攻擊是威脅物理層安全的一種主動干擾攻擊。目前,針對欺騙攻擊的檢測已提出一系列方法,如能量比檢測、隨機符號檢測、廣義似然比檢測、基于最小描述長度(MDL)檢測等。這些方法雖然在不同程度上提高了欺騙攻擊的檢測性能,但均有不足之處。例如,需事先已知信道狀態(tài)信息(CSI)、傳輸中需加入額外的專用隨機符號、需假定發(fā)送導頻序列長度遠遠大于基站天線數(shù)、當信噪比低時檢測性能下降等等。為了實現(xiàn)信息的保密傳輸,使信號傳輸?shù)淖畲蟀踩俾时M可能接近通信系統(tǒng)的安全容量,目前采用的有效方法是在傳輸過程中加入人造噪聲。然而,針對Massive MIMO系統(tǒng),人造噪聲功率的分配系數(shù)選擇仍不完善。針對上述存在的問題,本文基于隨機矩陣理論(RMT)對Massive MIMO系統(tǒng)的欺騙攻擊檢測方法和安全容量估計方法展開深入研究。本文的創(chuàng)新性工作如下:(1)提出一種基于改進靈活檢測準則(FDC)的Massive MIMO欺騙攻擊檢測算法。該算法針對基站天線數(shù)與導頻序列長度相接近的Massive MIMO系統(tǒng),利用RMT-FDC準則對竊聽用戶的有無進行判決。利用RMT對基站接收信號的樣本協(xié)方差矩陣的特征值予以修正,使樣本協(xié)方差矩陣能夠替代統(tǒng)計協(xié)方差矩陣,從而提高了檢測性能。該算法無需已知噪聲方差、信道狀態(tài)等先驗信息。(2)提出兩種基于特征值的Massive MIMO欺騙攻擊檢測算法,包括基于RMT的特征值-跡之比(ETR)和基于標準條件數(shù)(SCN)的算法。通過分析樣本協(xié)方差矩陣特征值的分布特性,結(jié)合M-P律分別計算出其判決閾值,從而實現(xiàn)了欺騙攻擊的檢測。兩種算法相比基于改進FDC準則的算法,降低了計算復雜度。(3)提出一種基于隨機矩陣理論的Massive MIMO安全容量估計方法。為了保障Massive MIMO系統(tǒng)信息傳輸?shù)陌踩?通過加入人造噪聲的方法抑制竊聽用戶的信噪比,提高系統(tǒng)的安全容量,并基于RMT分析了基站不同發(fā)射功率條件下人造噪聲功率分配系數(shù)的選擇問題。仿真結(jié)果表明,在發(fā)射功率較小時應(yīng)將全部功率用于傳輸信息,而在發(fā)射功率較大時選擇最優(yōu)的功率分配系數(shù)用于產(chǎn)生人造噪聲,可獲得最大的安全容量。同時,最優(yōu)功率分配系數(shù)下通過增大發(fā)射功率可提高安全容量,實現(xiàn)信息傳輸?shù)谋Ｃ苄浴?br> 【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN929.5
【圖文】：

) ( , ) loglog 1 log 1 ( , 4 4 4F c F c ec c F c (1 ) 1 (1 ) 122xzxz。通過這兩個變換，信( ) ( )HC SNR V SNRHH···················信道容量IMO 系統(tǒng)O（Single-User MIMO，SU-MIMO）系統(tǒng)，即點到時頻資源的多條并行信道分配給某一用戶。其系統(tǒng)

圖 2.2 多用戶MIMO系統(tǒng)框圖DD 模式的多用戶 MIMO 系統(tǒng)中基站天線數(shù)為 M，有下行傳輸過程中所有 K 個用戶接收的信號可以表示為y PHx n·························陣理論[66][67]，其遍歷容量可表示為22[log ][logdet( )]HPergodic KMHPKMC EE I HHI HH············· K維的單位矩陣，2 為噪聲方差。信道瞬時容量值小于某個指定容量值的概率等于某 2( ) logHPout out r K outMp C P C I HH ·········

還存在竊聽節(jié)點 Eve，Eve 能夠通過竊聽信道接收到 Alice 的發(fā)射信號，系統(tǒng)模型如圖2.3 所示。圖 2.3 竊聽信道模型假定合法信道與竊聽信道有相同的設(shè)定且相互獨立，那么 Bob 端與 Eve 端接收的信號可表示為 ()()()()()()()()iiiiiiiieeebbbYHXZYHXZ··················（2.30）式中 (i)bH和 (i)eH分別為合法信道與竊聽信道的信道衰落系數(shù)，服從均值為 0，方差為 1 的復高斯分布； (i)bZ和 (i)eZ為零均值的加性高斯白噪聲。假設(shè) Alice 發(fā)射的信號有平均功率約束，表示為EXiPnni 12[()]1······························（2.31）而合法信道和竊聽信道的平均噪聲分別為bN和eN，那么 Bob 和 Eve 的瞬時信噪比可寫為 eeebbbPhiNPhiN22()() ···························（2.32）平均信噪比為

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前4條

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本文編號：2786088