重庆邮电大学 通信与信息工程学院，重庆 400065
【目的】针对自由空间光（FSO）链路和射频（RF）链路的保密信息容易被外部窃听者窃听的问题，为提升混合RF/FSO通信系统的保密性能，同时考虑到实际工程中FSO链路往往无法满足视距条件且不同天线分支之间会由于收发模块小型化产生相关性，需要对可重构智能表面（RIS）辅助的混合RF/FSO系统的安全性能进行研究，以得到系统安全性能与RIS部署位置和天线相关性程度等参数的关系。
【方法】文章考虑单个窃听者，分别针对RF和FSO链路进行窃听，RF链路服从任意相关的Nakagami-m分布，FSO链路服从Gamma-Gamma分布。采用解码转发协议，推导得到了两种窃听场景下通信系统的安全中断概率（SOP）和严格正安全容量概率（SPSC）的闭合表达式，并对SOP进行了渐近分析。此外还利用Matlab软件进行了仿真实验，通过蒙特卡洛仿真来验证所推导公式的准确性。
【结果】仿真结果表明，将RIS部署在靠近接收端的位置可以降低系统的SOP，RF主信道的信道质量与窃听信道相比较好时，天线相关性程度的增加会使系统的SOP上升。
【结论】RIS辅助的FSO链路相比RF链路具有更好的安全性，虽然多天线分集技术能够有效提高系统的安全性能，但是类似指向误差和大气湍流引起的衰落，天线相关性也会对系统的安全性能造成损害，通过降低天线相关性程度能有效提升系统的安全性。
光通信 混合射频/自由空间光通信系统 可重构智能表面 天线相关性 物理层安全 optical communications mixed RF/FSO communication system RIS antenna correlation physical layer security 光通信研究
2024, 50(2): 22005601
Author Affiliations
Abstract
Shanghai Jiao Tong University, School of Electronic Information and Electrical Engineering, State Key Laboratory of Advanced Optical Communication Systems and Networks, Shanghai, China
Chaotic optical communication has shown large potential as a hardware encryption method in the physical layer. As an important figure of merit, the bit rate–distance product of chaotic optical communication has been continually improved to 30 Gb/s × 340 km, but it is still far from the requirement for a deployed optical fiber communication system, which is beyond 100 Gb/s × 1000 km. A chaotic carrier can be considered as an analog signal and suffers from fiber channel impairments, limiting the transmission distance of high-speed chaotic optical communications. To break the limit, we propose and experimentally demonstrate a pilot-based digital signal processing scheme for coherent chaotic optical communication combined with deep-learning-based chaotic synchronization. Both transmission impairment recovery and chaotic synchronization are realized in the digital domain. The frequency offset of the lasers is accurately estimated and compensated by determining the location of the pilot tone in the frequency domain, and the equalization and phase noise compensation are jointly performed by the least mean square algorithm through the time domain pilot symbols. Using the proposed method, 100 Gb / s chaotically encrypted quadrature phase-shift keying (QPSK) signal over 800 km single-mode fiber (SMF) transmission is experimentally demonstrated. In order to enhance security, 40 Gb / s real-time chaotically encrypted QPSK signal over 800 km SMF transmission is realized by inserting pilot symbols and tone in a field-programmable gate array. This method provides a feasible approach to promote the practical application of chaotic optical communications and guarantees the high security of chaotic encryption.
chaotic optical communication physical layer security deep learning digital signal processing Advanced Photonics Nexus
2024, 3(1): 016003
1 山东科技大学电子信息工程学院, 山东 青岛 266590
2 青岛市太赫兹技术重点实验室, 山东 青岛 266590
3 北京理工大学集成电路与电子学院, 北京 100081
4 北京市毫米波与太赫兹技术重点实验室, 北京 100081
在太赫兹通信技术快速发展的背景下, 建筑遮挡、恶劣天气等原因导致的复杂、弥散信道对通信安全性、可靠性提出新的挑战。太赫兹通信的保密属性在通信网络的广域性下隐含泄露、窃听等风险, 研究现有的加密和防窃听手段在太赫兹通信中的可行性, 推动物理层安全技术的创新与应用, 实现信息的稳定安全传输, 成为具备研究价值的热点问题。本文从安全通信角度出发, 分析部分现有物理层加密与防窃听方法, 总结其在太赫兹通信领域中的融合应用与效果, 并对其未来发展趋势进行展望。
太赫兹通信 物理层安全 加密 防窃听 terahertz communication physical layer security encryption anti-eavesdropping 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(3): 301
上海理工大学 医用光学技术与仪器教育部重点实验室, 上海 200093
针对可见光通信(VLC)链路的数据传输安全性不高的问题。在正交频分复用(OFDM)VLC系统中, 提出一种比特级、符号级和相位联合加密的三级物理层加密方案。首先, 引入Logistic映射的混沌序列加密方法降低加密数据的相关性, 提高加密数据的安全性和系统的传输性能; 然后, 提出基于S替换表的星座映射, 根据不同的S替换表生成对应的星座映射关系, 使得原始二进制比特数据和加密后生成的数字调制信号之间始终保持格雷映射的特性, 保证格雷增益。仿真结果表明: 相比现有的方案, 提出的物理层加密方案不仅具有更高的安全性, 还降低了OFDM VLC系统发送数据的峰均功率比, 缓解了发光二极管(LED)发射端产生的非线性失真, 提升了系统的误码率性能。
可见光通信 光正交频分复用 物理层安全 比特级加密 星座替换 visible light communication optical orthogonal frequency division multiplexing physical layer security bit-level encryption constellation replacement
1 Institute of Electronic Engineering, China Academy of Engineering Physics, Mianyang Sichuan 621999, China
2 School of Electronic Science and Engineering, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu Sichuan 611731, China
太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(2): 195
上海大学特种光纤与光接入网重点实验室，特种光纤与先进通信国际合作联合实验室，上海 200444
研究了典型室内办公场景下，多用户多输入单输出（MISO）可见光通信（VLC）系统的物理层安全问题。针对未知数量的窃听者有可能出现在公共区域内任意位置的场景，提出了一种基于联合干扰的人工噪声生成方案以提高系统的保密安全性能。该方案利用用户所在区域的发光二极管（LED）作为信号源的同时，联合窃听者所在区域的LED一起发送干扰信号。由于窃听者位置随机且未知，故所提方案以最小化最坏情况下窃听者的信干噪比（SINR）为目标，通过干扰形成器的协作优化与设计使得干扰信号在不影响合法用户信号正常接收的前提下，最大程度地扰乱窃听者的接收。仿真结果表明，与传统的人工噪声方案相比，所提的联合干扰策略能明显降低窃听者的信干噪比和提高系统的保密速率，从而使得VLC系统的安全性能得到显著提升。
光通信 物理层安全 人工噪声 保密速率
1 中国电波传播研究所, 山东青岛 266107
2 哈尔滨工程大学信息通信工程学院, 黑龙江哈尔滨 150001
针对目前个体识别中特征工程存在信号序列长、特征鲁棒性差等问题, 研究了基于深度神经网络的个体识别技术。借鉴语音识别中的卷积长短时全连接神经网络(CLDNN), 通过卷积神经网络提取信号的局部幅度特征, 通过长短期记忆网络提取信号的全局时域特征, 使用全连接网络实现特征图到设备标签的映射。在视距 (LOS)信道下, 采集 8台 LoRa调制的无线数传电台数据, 加入高斯白噪声进行仿真测试。仿真表明, 本文所提方法在信号序列长度为 2 048点和低信噪比(0 dB)时, 模型准确率达到 95%; 此外相较 VGG16模型, 本模型参数更少, 在物联网设备部署方面具有一定的应用前景。
物理层安全 射频指纹 CLDNN网络 物联网 physical layer security RF Fingerprint(RFF) CLDNN Internet of Things 太赫兹科学与电子信息学报
2022, 20(12): 1298
1 新疆大学 信息科学与工程学院, 乌鲁木齐 830046
2 中国移动通信有限公司研究院, 北京 100053
3 鲁东大学 信息与电气工程学院, 山东 烟台 264025
为改善可见光链路的保密传输表现, 在分析静态、动态光波束配置下的链路保密容量的基础上, 提出了基于动态垂直非朗伯光波束选择的可见光通信物理层安全表现增强方法, 即根据不同的发射器、保密用户及窃听者位置关系动态地选择垂直候选光波束。量化结果显示: 在典型室内环境下, 相比传统静态朗伯光波束配置, 基于动态垂直非朗伯光波束配置的平均保密容量增益高达3.03 b·s-1·Hz-1, 增益比例高达86%。
物理层安全 可见光通信链路 光波束选择 保密容量 非朗伯波束 physical layer security, visible light communicati
1 网络通信与安全紫金山实验室前沿交叉科学研究中心, 江苏南京 211111
2 东南大学 a.网络空间安全学院
3 东南大学 b.信息科学与工程学院, 江苏南京 210096
射频指纹 (RFF)来源于发射机电路设计的差异和生产过程中硬件电路的制造容差, 是一种新兴的设备身份识别和认证技术。对射频指纹产生机理进行建模是深入研究射频指纹技术的基础。本文根据一种通用的零中频数字通信发射机结构分析了各环节对射频指纹的影响, 并建立了对应的射频指纹时域基带模型。此外, 归纳总结了一系列通信标准的若干重要时域参数的容差, 并着重研究了 LTE标准下, 正交相移键控 (QPSK)和十六进制正交振幅调制 (16-QAM)两种典型调制方式的最大均方根误差向量幅度 (RMS EVM)。最后, 通过理论推导和 Matlab仿真给出了直流偏置、同相 /正交(I/Q)增益不平衡、 I/Q正交偏移误差、 I/Q滤波器偏差、振荡器相噪和功放非线性参数的上下界, 并分析了各种射频指纹参数临界情形下星座图的变化, 为射频指纹提取和识别技术的研究提供了合理的参数指导。
物理层安全 射频指纹 时域建模 误差向量幅度 零中频 physical layer security Radio Frequency Fingerprint(RFF) time -domain modeling error vector magnitude Zero Intermediate Frequency 太赫兹科学与电子信息学报
2021, 19(4): 603
哈尔滨工程大学信息通信工程学院，黑龙江哈尔滨 150001
研究了基于通信辐射源射频指纹 (RFF)的同类型设备分类识别理论，通过提取通信信号的围线积分双谱值来作为设备个体识别的特征向量，使用支持向量机 (SVM)分类器进行识别。构建辐射源识别系统，并使用实测信号进行仿真测试。结果显示该方法具有稳定的识别效果，且在信噪比 (SNR)为-22 dB时，系统可以达到接近 90%的分类识别准确度。这说明本文提出的基于双谱的RFF提取方法有效。
物理层安全 射频指纹 围线积分双谱 个体识别 physical layer security Radio Frequency Fingerprint(RFF) contour integral bispectrum individual identification 太赫兹科学与电子信息学报
2021, 19(1): 107
