文献综述
- 研究背景
随着现代社会对信息需求的不断增长以及通信技术的飞速发展,社会各方面对信息的依赖性明显增强,通信网的规模日益扩大，与计算机网和广播电视网也日趋融合。作为国家信息基础设施的重要组成部分,通信网已成为世界各国综合国力竞争的热点
众所周知，通信系统质量一般从有效性、可靠性安全性三个方面进行衡量。安全性是通信质量的重要衡量手段，表征了通信系统面对人为破坏和威胁时的抵抗能力，在各类通信系统中，无线通信系统受到的安全威胁更甚于物理传输介质相对封闭的有线通信系统,其原因体现在如下几个方面：1、无线通信系统物理传输介质的开放性,即无线传播的广播特性使其更容易遭受安全威胁。2、无线终端的移动性使其安全管理难度更大。3、无线通信网络拓扑结构的多样性和变化性给安全机制的实施带来了困难。4、无线传输的不稳定性除了影响无线通信系统的有效性和可靠性之外,同样给通信的安全性带来挑战。
现行的无线通信系统信息安全机制主要移植于有线系统。从开放系统互连7层协议的角度看,传统无线通信系统中的信息安全技术主要集中于网络层及其以上各层,并在研究中假设物理层已提供了畅通且无差错的传输。无线通信系统中的物理层安全技术研究尚未引起足够的重视。另一方面,无线通信系统的物理层传输技术正在经历快速而持续的发展。信道编码技术的革新阿,多载波技术的工程可实现化，多天线技术，和协同中继技术的出现都在不同时间段引领了无线通信技术的研究热潮,并极大地丰富了无线通信的物理层资源。
无线通信系统的物理层资源的多样性为物理层信息安全技术的研究开展提供了广阔的空间,同时也留下了诸多亟待解决的问题。首先,无线传播信道的惟一性、保密性、互易性等特征为物理层安全机制的研究提供了足够的空间。多载波技术的使用提供了无线信道的频域白由度;多天线技术的使用首先开拓了无线信号的空域自由度;协同中继技术的使用继续开拓了无线通信系统的空域自由度,并在无线通信链路两端之外引入了新的节点和角色。其次,安全机制在某些特殊设备上只能由物理层技术进行实现。在未来的无线通信系统中,尤其是分布式无线通信系统中,低成本低复杂度的单一功能节点拥有极大的市场份额。此类节点的上层结构被极大地简化，传统的安全机制无法延续使用，在此类的无线通信系统中,物理层信息安全机制的使用几乎是无可避免的。再次,传统的无线物理层传输技术与物理层信息安全机制存在天然的共性。例如,扩频通信技术不仅可以提升传输的可靠性,也同样具有抗干扰和保密性的特征;扰码技术的使用同样可以起到加密和防止业务流分析的作用;多入多出(multi-imput-multi-output MIM0) 系统中的波束赋形技术将发送信号置于接收端所在的方向上,这一特点同样可以应用于物理层安全机制的研究。
综上所述，随着无线通信的发展和基于移动终端的业务在未来可预见的爆炸式增长,有效利用无线通信系统的物理层资源,研究基于物理层资源的信息安全技术,探索能够有效提高无线通信系统的安全性的新方法,具有深远的理论意义和实际应用价值，在物理层实现信息安全,为研究人员开辟了一种有效利用物理层资源的新途径,开拓了信息安全的研究领域。但是,由于无线通信中的各种物理层技术蓬勃发展、层出不穷,如何充分地开发物理层资源的惟一性和保密性,目前尚有巨大的研究空间。
- 选题目的和意义
选题目的：
1. 充分理解无线通信物理层安全的重要意义，掌握最典型的物理层安全技术原理；
2. 改进现有的基于空间调制的物理层安全技术；
3. 能够结合新兴的优化方法比如人工智能，做出进一步改进。
选题意义：
20世纪90年代中后期,MIMO技术的出现引发了新一轮的无线通信物理层技术研究热潮。Bell实验室的Telatar揭示了多天线的引入给无线通信系统带来的成倍的容量增益。Paulraj和Papadias系统阐释了空时信号处理对无线通信系统的有效性和可靠性的提升潜力。此后MIMO技术成为了研究界和工业界最热门的话题之一，MIMO技术的出现为无线信号增加了空间的维度,用以提升无线通信系统的可靠性和有效性的多天线技术已在过去的十余年里经过细致的研究，
而如何应用多天线技术以提升无线通信的安全性,仍有待进一步研究
- 未来发展趋势
尽管近年来在物理层安全这一崭新领域的研究已有了一些成果，但是还未能考虑无线通信系统物理层技术所具有的特点与无线资源的复杂性，尚未充分发掘无线资源尤其是无线信道的差异性和互易性带来的通信安全性提升的潜力。首先，作为开展物理层安全机制研究的理论基础，现有的保密容量域研究并未跟上物理层传输技术的发展速度。其次，目前的物理层鉴权/密钥/加密等技术发展尚在襁褓之中，还未能结合最新的物理层传输技术充分开发物理层资源特征，从而提升无线通信的安全性。最后，众多现有物理层传输技术与物理层信息安全存在着天然的联系，但目前未能引起足够的重视。因此，目前关于物理层安全的研究基本上还处于初期的探索阶段，要最终形成成熟的应用技术，还需要更具创新性的研究和更多细致的工作。在国内外对物理层安全技术研究日益重视的背景下，适时启动一些关键支撑技术的研究项目是必要且十分迫切的
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