饒星星

（江西制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程學(xué)院，江西 南昌 330095）

0 引言

由于信息安全傳輸是一個(gè)完整的過(guò)程，對(duì)可靠性的要求也就不僅僅是阻止非法用戶(hù)解碼，而是要保證在此過(guò)程中數(shù)據(jù)信息不會(huì)丟失，并且合法信道的容量足夠大。因此，在設(shè)計(jì)無(wú)線通信信息安全傳輸方法的過(guò)程中，除了防御非法用戶(hù)，對(duì)于無(wú)線通信終端的自身性能要求也更高[1-2]。因此在發(fā)展過(guò)程中，結(jié)合先進(jìn)的技術(shù)手段，成為提高無(wú)線通信安全性能的重要途徑。空頻聯(lián)合加擾算法，通過(guò)在正交方向上加入人工干擾的方式，阻止非法用戶(hù)的竊聽(tīng)等行為。同時(shí)，該算法能夠結(jié)合節(jié)點(diǎn)的有限碼集特性，實(shí)現(xiàn)通信符號(hào)的私密信息解調(diào)。

1 量化無(wú)線通信信道特征

在通信信息的定向傳輸和非定向傳輸過(guò)程中，無(wú)線通信的信道特征能夠在一定時(shí)間內(nèi)，對(duì)傳輸性能產(chǎn)生較大影響。如果衰落后的傳輸信號(hào)能夠與原始信號(hào)的特征保持一致，那就表示信號(hào)幅值可以符合Rayleigh分布。信道幅度特征的表達(dá)公式為

式中，為 的平均功率。由式（1）、式（2）可知，呈現(xiàn)出分布不均勻的特征，并且受到關(guān)聯(lián)系數(shù)變化的影響。假設(shè)比特序列長(zhǎng)度是已知變量，并且將對(duì)應(yīng)信道的量化區(qū)間設(shè)定為兩個(gè)及以上半徑相等的同心圓，則信道幅度特征在量化區(qū)間內(nèi)的表現(xiàn)特征表達(dá)公式為

2 改進(jìn)中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)模式

在通信模式下節(jié)點(diǎn)之間相互聯(lián)系并且相互影響的特征會(huì)更加明顯。當(dāng)待傳輸?shù)耐ㄐ判畔Ⅲw量較大時(shí)，需要選擇最佳編碼方式，進(jìn)行解調(diào)等一系列操作[5]。只有中繼節(jié)點(diǎn)能夠順利解碼，才能證明信息的安全等級(jí)較高，否則需要啟動(dòng)預(yù)警機(jī)制。在合法鏈路中，單跳模式下的信道安全容量表達(dá)公式為

3 基于空頻聯(lián)合加擾算法提取載波因子

空頻聯(lián)合加擾算法的主要作用原理是以發(fā)送有用信號(hào)的方式，對(duì)竊聽(tīng)者的判斷造成干擾。通常情況下，在通信信道傳輸過(guò)程中，都是以排在首位的載波為依據(jù)的，并在合法信道上向其發(fā)送導(dǎo)頻數(shù)據(jù)，將通信信息均勻地布置在其他子載波上。載波因子的發(fā)射頻率與通信信息安全傳輸方法的傳輸速率存在直接關(guān)聯(lián)，當(dāng)空頻聯(lián)合加擾在符號(hào)調(diào)制的過(guò)程中產(chǎn)生隨機(jī)變量后，需要獲取多天線的加權(quán)向量，具體表達(dá)如下：式中，分別為兩個(gè)相鄰的子載波；為信道周期；為OFDM符號(hào)的長(zhǎng)度；為加權(quán)后第個(gè)天線；為第個(gè)子載波。根據(jù)式（6）可知，當(dāng)滿(mǎn)足高斯分布特征時(shí)，第一載波的信道狀態(tài)與其余子載波的加權(quán)均值都等于0。根據(jù)似然準(zhǔn)則，計(jì)算在第個(gè)載波上發(fā)送的通信信息的可接收SNR，如式（7）所示。

4 設(shè)計(jì)信息安全傳輸方法

從一般性的角度考慮，通信信息的安全傳輸性能，除了與信道幅度特性有關(guān)，還與通信環(huán)境中的相位特性有關(guān)。安全速率能夠直接體現(xiàn)無(wú)線通信信息的保密比特?cái)?shù)，其數(shù)學(xué)表達(dá)公式為

5 仿真分析

5.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

在本次仿真實(shí)驗(yàn)測(cè)試的過(guò)程中，保留一定程度的信道幅度特性，并假設(shè)信道幅度特征的偏差均為服從正態(tài)分布的指標(biāo)。準(zhǔn)備三臺(tái)配置相同的無(wú)線電設(shè)備，設(shè)置頻段范圍為85 MHz～6 GHz，信道增益為50 dB，射頻頻點(diǎn)為2.5 GHz，并額外選擇AD9361集成射頻模塊作為備用。同時(shí)，在Xilinx-ZYNQ450控制模塊中，選擇4ASK作為調(diào)制和解調(diào)的工具，并將采樣頻率設(shè)置為3.5 GHz。在模擬帶寬為300 MHz的場(chǎng)景下，展開(kāi)仿真測(cè)試。

5.2 結(jié)果分析

使用基于小波降噪的無(wú)線通信信息安全傳輸方法和基于區(qū)塊鏈的無(wú)線通信信息安全傳輸方法進(jìn)行對(duì)比分析。分別測(cè)試在不同功率分配系數(shù)條件下，三種無(wú)線通信信息安全傳輸方法的安全隱蔽率，具體如圖1～3所示。

圖1 功率分配系數(shù)3.5dB安全隱蔽率（%）

圖2 功率分配系數(shù)8.0dB安全隱蔽率（%）

圖3 功率分配系數(shù)25dB安全隱蔽率（%）

從圖1～3可以看出，功率分配系數(shù)與安全隱蔽率之間是正比例關(guān)系，當(dāng)功率分配系數(shù)不斷變大時(shí)，三種無(wú)線通信信息安全傳輸方法的安全隱蔽率也隨之升高。由此得出三種無(wú)線通信信息安全傳輸方法的安全隱蔽率均值，具體如表1所示。

表1 安全隱蔽率均值（%）

根據(jù)表1可知，本文中設(shè)計(jì)無(wú)線通信信息安全傳輸方法的安全隱蔽率均值為67.111%；基于小波降噪的無(wú)線通信信息安全傳輸方法的安全隱蔽率均值為50.574%；基于區(qū)塊鏈的無(wú)線通信信息安全傳輸方法的安全隱蔽率均值為55.306%。由此可以看出，在三種相同的功率分配系數(shù)條件下，設(shè)計(jì)的無(wú)線通信信息安全傳輸方法在安全性能方面更具有優(yōu)勢(shì)。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的無(wú)線通信信息安全傳輸方法結(jié)合了空頻聯(lián)合加擾算法，是無(wú)線通信領(lǐng)域的一種有效突破。在性能方面突破了解碼調(diào)解的限制，在一定程度上保證了合法用戶(hù)的信息傳輸質(zhì)量。面對(duì)可能出現(xiàn)頻譜資源短缺的現(xiàn)象，文中的研究還缺乏一些深度，后續(xù)將不斷改進(jìn)。■