大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中的物理層安全機(jī)制研究
本文關(guān)鍵詞：大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中的物理層安全機(jī)制研究 出處：《北京交通大學(xué)》2017年碩士論文 論文類型：學(xué)位論文
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【摘要】：隨著移動互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展,各類應(yīng)用對移動網(wǎng)絡(luò)的容量、速率、能量效率的要求不斷的提高。在第五代移動網(wǎng)絡(luò)(5G)的研究過程中,大規(guī)模MIMO技術(shù)被認(rèn)為是5G網(wǎng)絡(luò)最重要的支撐技術(shù)之一。本論文針對大規(guī)模MIMO技術(shù)中的物理層安全隱患展開研究,提出了基于隨機(jī)符號方法的和基于子空間方法的兩種有效的主動竊聽行為檢測機(jī)制�；陔S機(jī)符號方法的主動竊聽行為檢測機(jī)制,以專用隨機(jī)符號的統(tǒng)計特性為基礎(chǔ),構(gòu)建合理的檢驗統(tǒng)計量,通過分析不存在主動竊聽行為時檢驗統(tǒng)計量的統(tǒng)計分布規(guī)律設(shè)計安全區(qū)域,從而進(jìn)行是否存在主動竊聽行為的假設(shè)檢驗。將多次獨立實驗結(jié)果融合來提高整體檢測性能。同時,增加功率輔助檢測機(jī)制以避免更加智能的主動竊聽用戶的逃避檢測機(jī)制的行為。算法理論檢測性能分析和仿真實驗均證明基于隨機(jī)符號方法的檢測機(jī)制能有效檢測主動竊聽行為,其檢測性能隨基站天線數(shù)、基站接收信號信噪比、主動竊聽信號功率、隨機(jī)符號序列長度的增長而顯著提升,且優(yōu)于現(xiàn)有同類檢測算法。最后,檢測算法能在一定程度上提升系統(tǒng)的安全容量�；谧涌臻g方法的主動竊聽行為檢測機(jī)制,以信號子空間方法為基礎(chǔ),隨著基站接收導(dǎo)頻信號矩陣的維度和樣本量的增大,其經(jīng)驗譜分布會逐漸收斂于其極限譜分布,因此可將矩陣的極限譜分布作為理論依據(jù)來判斷其經(jīng)驗譜分布是否正常,即是否包含非法的主動竊聽信號分量。算法首先對合法信號分量使用大維隨機(jī)矩陣?yán)碚撉蠼馄錁O限譜分布,然后計算檢驗統(tǒng)計量的理論值。利用大維隨機(jī)矩陣?yán)碚撊コ卣髯V中包含的噪聲分量,而后進(jìn)行假設(shè)檢驗以判斷是否存在主動竊聽行為。仿真實驗證明,基于子空間方法的檢測機(jī)制能有效檢測主動竊聽行為,其性能隨基站與合法用戶天線數(shù)的比值、采樣點數(shù)、基站接收信號信噪比、主動竊聽信號功率的增大顯著增強(qiáng),且優(yōu)于同類對比算法。
[Abstract]:With the rapid development of mobile Internet and the Internet of things, the capacity of the mobile network, all kinds of application rate, energy efficiency requirements increase. In the fifth generation mobile network (5G) in the course of the study, large scale MIMO 5G network technology is considered to be the most important supporting technologies. This thesis focuses on the physical layer of large scale MIMO in safety research, put forward based on random symbol method and detection mechanism based on two effective active eavesdropping subspace method. The detection mechanism of active eavesdropping method based on random symbols, with special statistical characteristics of random symbols based on construction of test statistics reasonably, through the analysis of test statistics distribution of design safety area statistics do not exist to active eavesdropping, hypothesis testing the existence of active eavesdropping. The number of independent experiments To improve the overall detection performance of fusion. At the same time, increase the power assisted detection mechanism to avoid the escape detection mechanism more intelligent active eavesdropping user behavior. The theory of detection algorithm performance analysis and simulation experiments show that the detection mechanism of random symbol method can effectively detect the active eavesdropping behavior based on the detection performance with base station antennas, the base station receives a signal SNR, active eavesdropping signal power, the length of the random sequence of symbols and growth significantly improved, and better than the existing similar detection algorithm. Finally, the detection algorithm can enhance the security capacity of the system to a certain extent. The active mechanism of eavesdropping detection based on subspace method, the signal subspace based method, with the increase of base station the pilot signal matrix dimension and the quantity of samples, the empirical spectral distribution will gradually converge to its limit distribution, it can be the limit matrix The spectral distribution as the theoretical basis to determine the empirical spectral distribution is normal, whether it contains active eavesdropping signal component illegal. Firstly, on Legal signal components for large dimensional random matrix theory the limiting spectral distribution, then calculate the theoretical value of the test statistic. Remove the noise component containing characteristic spectrum in the use of large dimensional random matrix theory, and then the hypothesis test to determine the existence of active eavesdropping. Simulation results show that the detection mechanism of the subspace method can effectively detect the active eavesdropping behavior based on the ratio of the performance of the base station and the legitimate user antenna number of sampling points, the base station receives the signal to noise ratio, increasing the active eavesdropping signal power is significantly enhanced, and better than the similar comparison of algorithms.
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN919.3
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，本文編號：1385747
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