吳 敏，吳 蒙

(南京郵電大學(xué),江蘇 南京 210003)

基于Massive MIMO的5G安全通信技術(shù)研究

吳 敏，吳 蒙

(南京郵電大學(xué),江蘇 南京 210003)

隨著現(xiàn)代信息安全和無(wú)線通信技術(shù)的高速發(fā)展，對(duì)于有廣泛數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量的5G移動(dòng)通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，將會(huì)有大量的機(jī)密、敏感信息在其通信系統(tǒng)中進(jìn)行傳輸，所以安全問(wèn)題越來(lái)越引起人們的關(guān)注,提供安全傳輸服務(wù)顯得尤為重要。隨著計(jì)算機(jī)不斷增強(qiáng)的計(jì)算能力，傳統(tǒng)的基于計(jì)算復(fù)雜度的加解密算法和密鑰協(xié)商機(jī)制已經(jīng)不能滿(mǎn)足人們對(duì)于未來(lái)無(wú)線通信安全性的要求，而基于信號(hào)調(diào)制的方向調(diào)制技術(shù)因其無(wú)需考慮竊聽(tīng)者的計(jì)算能力，通過(guò)擾亂非期望方向上的信號(hào)星座圖來(lái)實(shí)現(xiàn)安全傳輸?shù)哪康?，成為?G系統(tǒng)的重要研究點(diǎn)。在簡(jiǎn)單介紹了波束賦形的原理及其不足的基礎(chǔ)上引出方向調(diào)制技術(shù)，并著重闡述了在大規(guī)模天線陣的前提下，基于天線子集選擇和混合陣的方向調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)安全傳輸目標(biāo)的方法，并且從理論的角度說(shuō)明了安全性能的提高。

5G；Massive MIMO；方向調(diào)制；天線子集選擇；混合陣

0 引 言

隨著科技的發(fā)展、社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)于移動(dòng)無(wú)線通信系統(tǒng)的要求也與日俱增。據(jù)預(yù)測(cè)，到2020年，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)將面臨1 000倍數(shù)據(jù)容量和100倍設(shè)備連接數(shù)增長(zhǎng)的挑戰(zhàn)[1]，或許已經(jīng)成熟的第三代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和逐步成熟的第四代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)還可以承受住未來(lái)幾年數(shù)據(jù)流量的激增，但是2020年以后，它們將不能夠支持這樣一個(gè)設(shè)備數(shù)量大，網(wǎng)絡(luò)流量需求高的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，那么第五代無(wú)線通信技術(shù)的研發(fā)就迫在眉睫。

在5G移動(dòng)通信系統(tǒng)中，將會(huì)有大量的敏感和機(jī)密的信息，如金融數(shù)據(jù)、電子媒體、醫(yī)療記錄、客戶(hù)檔案等，通過(guò)無(wú)線信道進(jìn)行傳輸，因此，提供無(wú)與倫比的安全服務(wù)是5G網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計(jì)和實(shí)施上的一個(gè)首要任務(wù)。在傳統(tǒng)的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中，其安全性主要是依靠上層的加密協(xié)議體系，通過(guò)對(duì)傳輸信息進(jìn)行加解密、認(rèn)證等技術(shù)來(lái)保證竊聽(tīng)者得不到任何有用信息。傳統(tǒng)的信息加密機(jī)制是在數(shù)據(jù)鏈路層或應(yīng)用層上，通過(guò)一定的密碼算法對(duì)信息流進(jìn)行加密。這種加密方法是建立在計(jì)算復(fù)雜度上的，隨著計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力的飛速提升，這種方式已不再安全，所以另覓一個(gè)不依靠計(jì)算復(fù)雜度的加密算法和密鑰協(xié)商機(jī)制的安全傳輸技術(shù)顯得尤為重要。保證無(wú)線傳輸中竊聽(tīng)接收機(jī)的LPI(Low Probability Interception,低截獲概率)[2]是安全通信的重要目標(biāo)之一，主要是指不再依靠上層的數(shù)據(jù)加解密和密鑰協(xié)商等手段來(lái)取得的安全性能。方向調(diào)制技術(shù)是一種能實(shí)現(xiàn)定向通信的重要技術(shù)，它將傳統(tǒng)的基帶調(diào)制功能轉(zhuǎn)為由射頻端來(lái)完成[3]，通過(guò)擾亂非期望方向的信號(hào)星座圖來(lái)保證低截獲率，從而實(shí)現(xiàn)信息的安全傳輸。

隨著未來(lái)各種無(wú)線通信業(yè)務(wù)和寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，無(wú)線資源，尤其是頻譜資源變得越來(lái)越緊張，如何更高效地利用這些有限的通信資源成為無(wú)線通信新技術(shù)發(fā)展的焦點(diǎn)所在。研究表明,大規(guī)模MIMO(Multi-Input Multi-Output,多輸入多輸出)技術(shù)[4]通過(guò)在基站配置大量收發(fā)天線提高空間的分辨率，使得多用戶(hù)可以利用同一時(shí)頻資源進(jìn)行通信，而且大規(guī)模MIMO技術(shù)可以在不增加基站密度的情況下，提高頻率效率，降低發(fā)送功率，通過(guò)形成范圍很窄的波束來(lái)降低干擾，提高安全性[5]?？偠灾?，大規(guī)模MIMO技術(shù)不論在頻譜效率、可靠性還是能耗方面都具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)，正是這些優(yōu)點(diǎn)使得其成為5G研發(fā)者的研究熱點(diǎn)。如果在大規(guī)模MIMO情境中利用方向調(diào)制技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)，不僅可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的大量、高速傳輸，更可以在物理層面上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全傳輸。

1 波束賦形和方向調(diào)制技術(shù)

波束賦形技術(shù)是目前存在的無(wú)線安全傳輸技術(shù)中的一種，它是實(shí)現(xiàn)信息定向傳輸?shù)挠行侄?。利用天線陣列上各天線元素發(fā)射的電磁波相干相消的特性,形成的主瓣用來(lái)對(duì)準(zhǔn)期望方向,而低功率的旁瓣或者零限位置則用來(lái)對(duì)準(zhǔn)非期望方向，從而增強(qiáng)合法接收者的有效信號(hào),抑制對(duì)合法接收者信號(hào)產(chǎn)生干擾的干擾源,進(jìn)而提高通信系統(tǒng)的整體信干噪比，使系統(tǒng)的通信性能變得更好。波束賦形模型如圖1所示。

圖1 波束賦形技術(shù)模型圖

近來(lái)研究表明，通過(guò)波束賦形方法產(chǎn)生的定向波束，可增強(qiáng)合法接收者的接收信號(hào)強(qiáng)度，如果合理設(shè)計(jì)波束的旁瓣或零點(diǎn)，就可以在一定程度上抵御非法用戶(hù)的竊聽(tīng)。由圖1不難看出，這種方式的缺點(diǎn)在于不同方位的接收信號(hào)只存在信號(hào)幅度上的區(qū)別(發(fā)射天線方向圖決定)和能量強(qiáng)度上的差別，而不同方位接收的調(diào)制信號(hào)的星座圖相同(即星座點(diǎn)間的相對(duì)相位關(guān)系不發(fā)生改變)。所以，只要竊聽(tīng)接收機(jī)具有足夠的靈敏度，就可以順利捕獲到正確的通信信息，這無(wú)疑對(duì)無(wú)線通信信息的安全傳輸造成了不利影響。

方向調(diào)制技術(shù)即射頻調(diào)制技術(shù)，主要思想是：每個(gè)陣元對(duì)應(yīng)一個(gè)發(fā)射波束,通過(guò)相移器來(lái)控制每個(gè)波束的相位中心，期望方向會(huì)同時(shí)接收到多個(gè)通信波束并加以合成，形成與傳統(tǒng)的基帶調(diào)制信號(hào)相同的信號(hào)星座圖，而在非期望方位接收機(jī)的信號(hào)星座圖會(huì)產(chǎn)生畸變。國(guó)內(nèi)外已有相關(guān)的研究，理論與技術(shù)也都比較成熟。文獻(xiàn)[6-7]采用遺傳算法獲得天線陣中每個(gè)陣元的權(quán)值，從而僅在特定方向(即和期望方向)上形成正確的星座圖，而無(wú)需考慮其他方向信號(hào)星座圖的畸變程度，但遺傳算法實(shí)現(xiàn)過(guò)程復(fù)雜，相控陣技術(shù)成本代價(jià)也較高，不實(shí)用。文獻(xiàn)[8-9]通過(guò)射頻開(kāi)關(guān)和天線反射器切換，使得不同方向的天線陣輻射特性不同，如圖2所示(引自文獻(xiàn)[4]中圖7)。只要射頻開(kāi)關(guān)配置選擇得當(dāng)，將可以在合法方向上產(chǎn)生正確星座圖，而在非法方向上產(chǎn)生錯(cuò)誤的星座圖，從而實(shí)現(xiàn)安全傳輸，并且隨著使用的天線反射切換器和射頻開(kāi)關(guān)數(shù)的增多，星座點(diǎn)數(shù)也增多，也能進(jìn)一步為信息的安全傳輸提供保障。文獻(xiàn)[10]提出了基于切換天線構(gòu)成的可重構(gòu)陣的方向調(diào)制,采用未經(jīng)調(diào)制的載波直接激勵(lì)可重構(gòu)陣,通過(guò)不斷切換重構(gòu)發(fā)射陣列的方式,在合法方向上輻射出基帶數(shù)字調(diào)制信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)安全傳輸。其中，天線的每種重構(gòu)狀態(tài)對(duì)應(yīng)著基帶調(diào)制信號(hào)星座圖中的一個(gè)星座點(diǎn)。文獻(xiàn)[11]提出了一種基于雙切換天線陣的方向調(diào)制方法，在天線端通過(guò)發(fā)射天線的不斷切換來(lái)綜合出調(diào)制信號(hào)，同時(shí)用射頻調(diào)制以使非期望方向上的星座點(diǎn)產(chǎn)生畸變，降低竊聽(tīng)者的截獲率，導(dǎo)致竊聽(tīng)者的誤碼性能惡化。但是這種方法的缺點(diǎn)在于發(fā)生切換時(shí)容易造成發(fā)射功率的浪費(fèi)。

圖2 基于反射器的方向調(diào)制技術(shù)

2 基于稀疏陣的方向調(diào)制技術(shù)

天線陣的排列形式可以是線陣、面陣，無(wú)論是線陣還是面陣，又可采用均勻陣列和非均勻陣列。均勻陣列的各陣元天線具有相同的陣元間距，若知道合法接收者方向和干擾方向，可以通過(guò)調(diào)整移相器來(lái)將主瓣指向合法方向，采取諸如切比雪夫方向圖，泰勒綜合法和貝利斯綜合法的方式來(lái)抑制旁瓣，一定程度上實(shí)現(xiàn)了安全傳輸，但是如果陣元間距過(guò)小，就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的互耦效應(yīng)[12]，影響到合法接收者對(duì)正確信息的接收，對(duì)天線陣列的性能產(chǎn)生不良影響。所以，在基于大規(guī)模天線陣的5G系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用均勻陣顯得特別不現(xiàn)實(shí)，于是非均勻陣即稀疏陣就派上用場(chǎng)了。稀疏陣由于其陣元位置的稀疏性，使得天線陣列的孔徑增大，而且由于陣波瓣寬度與陣列的最大尺寸有關(guān)，因此稀疏陣能獲得窄的波瓣寬度，提高空間分辨率,減弱陣元間的互耦效應(yīng)[13]。同時(shí)稀疏陣相對(duì)于等矩陣來(lái)說(shuō)，減少了單元數(shù)目，降低了饋電網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性和故障率，從而明顯降低了天線的成本。稀疏陣的諸多優(yōu)點(diǎn)使其被視

為5G系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，它將會(huì)和方向調(diào)制技術(shù)進(jìn)行融合來(lái)保證下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)的安全傳輸。

在大規(guī)模線陣條件下，隨著發(fā)射天線數(shù)目的增加，MIMO編碼和譯碼的算法復(fù)雜度也將急劇增加,為此，采用選擇發(fā)送天線的方案。其核心思想是從所有的發(fā)射天線中選擇出一部分性能優(yōu)越的天線來(lái)發(fā)射信號(hào)。因?yàn)檫x擇天線是產(chǎn)生稀疏陣的一種手段，所以關(guān)于天線子集選擇的研究一直在進(jìn)展中。

文獻(xiàn)[14-15]是利用天線陣列的冗余性和信道分集的特點(diǎn)，通過(guò)隨機(jī)選擇各天線陣元的加權(quán)系數(shù)，形成發(fā)射端與竊聽(tīng)者之間的等效信道的快速隨機(jī)變化，當(dāng)竊聽(tīng)者使用盲均衡方法時(shí)無(wú)法收斂，從而惡化竊聽(tīng)者的誤碼性能，達(dá)到LPI的目的。該方法的安全性主要依賴(lài)兩方面，一方面是隨機(jī)設(shè)置依賴(lài)發(fā)射天線權(quán)系數(shù)，另一方面是發(fā)射天線信道的不相關(guān)性。但是該方法的缺陷在于功率利用率太低,為了保證合法用戶(hù)的通信質(zhì)量必須擁有很強(qiáng)的發(fā)射功率才行。為了解決隨機(jī)加權(quán)系數(shù)造成功率利用率過(guò)低的問(wèn)題,文獻(xiàn)[16]提出在天線陣列固定的情況下通過(guò)每次隨機(jī)選取若干天線發(fā)射以達(dá)到等效信道隨機(jī)變化的目的。它的主要想法是，發(fā)射端將映射成星座點(diǎn)的信息符號(hào)隨機(jī)分配給若干個(gè)天線上分別加權(quán)后發(fā)射，使得各陣元發(fā)出的信號(hào)在期望方向始終同相疊加，不僅形成正確的星座圖而且得到最高的發(fā)射增益,而非法方向信道的隨機(jī)快變?cè)斐筛`聽(tīng)者每次接收到的信號(hào)增益和相移都會(huì)隨機(jī)變化，產(chǎn)生的星座圖也是畸形的，因此竊聽(tīng)者無(wú)法有效地通過(guò)盲均衡算法解調(diào)信息，保證了竊聽(tīng)者的低截獲率，實(shí)現(xiàn)了安全傳輸。

文獻(xiàn)[17]提出一種使用ASM(Antenna Selection Modulation，選擇天線子集)的方式進(jìn)行信號(hào)傳輸，基于天線子集選擇的傳輸模型如圖3所示。

圖3 天線選擇模型

由圖3可看出，ASM比傳統(tǒng)的調(diào)制模型多了一個(gè)用來(lái)選取天線子集的相位控制模塊，可以采用隨機(jī)選擇算法和基于模擬退火算法的最優(yōu)子集選擇兩種方法隨機(jī)產(chǎn)生天線子集。與文獻(xiàn)[6-11]中提到的通過(guò)改變發(fā)射天線的相位來(lái)擾亂非法方向的星座圖的方法的不同之處在于，在隨機(jī)選擇天線子集的過(guò)程中，由于不斷改變沿旁瓣的遠(yuǎn)場(chǎng)模式，所以產(chǎn)生了許多額外的星座點(diǎn)，這些額外的星座點(diǎn)正好干擾了非法方向上的星座圖，使非法竊聽(tīng)者接收到的星座圖是混疊的，從而提高了信息傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

3 基于混合陣的方向調(diào)制技術(shù)

將大規(guī)模天線陣的陣元按特定規(guī)律劃分成多個(gè)子陣，各子陣中每個(gè)陣元都有自己的移相器，所有子陣組成混合陣[18]?；旌详嚨姆较蛘{(diào)制的基礎(chǔ)在于如何劃分子陣列，文獻(xiàn)[19]根據(jù)子陣拓?fù)涞牟煌譃閮深?lèi)：相鄰陣列劃分和交叉陣列劃分，如圖4所示。

(a)相鄰陣列劃分圖 (b)交叉陣列劃分圖圖4 相鄰陣列和交叉陣列圖

如圖5所示，相鄰陣列劃分方法產(chǎn)生的主波束寬 度比交叉陣列劃分產(chǎn)生的大，而且在主瓣的兩端有很明顯的旁瓣，極易產(chǎn)生干擾，易對(duì)安全通信造成影響，因此交叉陣列劃分優(yōu)于相鄰陣列劃分方法。但是，如果子陣劃分不合理，就算陣元級(jí)部分很好地完成了調(diào)制，也會(huì)因?yàn)槌霈F(xiàn)旁瓣而對(duì)主波束產(chǎn)生干擾，嚴(yán)重破壞陣列的天線性能。所以如何合理劃分子陣對(duì)于混合陣的方向調(diào)制起著關(guān)鍵作用。遺傳算法[20]、粒子群算法[21]等群體智能優(yōu)化算法，既能很好地抑制子陣劃分時(shí)的旁瓣問(wèn)題，又兼顧搜索最優(yōu)子陣波束成形增益，因此成為混合陣波束成形過(guò)程中劃分子陣的有效工具。

(a)相鄰劃分方法的方向圖 (b)交叉劃分方法的方向圖圖5 兩種子陣的輻射方向圖比較

文獻(xiàn)[22]把每個(gè)天線子陣虛擬成一根單獨(dú)的天線，則該大型的混合陣就等效成一個(gè)簡(jiǎn)化的天線陣列，運(yùn)用之前提及的方向調(diào)制理論就可以實(shí)現(xiàn)混合陣的方向調(diào)制。文獻(xiàn)[18]在文獻(xiàn)[22]的基礎(chǔ)上提出一個(gè)新的混合陣模型，如圖6所示。

圖6 混合陣方向調(diào)制圖

該模型的特色之處在于混合陣中每個(gè)子陣與一個(gè)基帶信號(hào)處理模塊相連接，通過(guò)對(duì)子陣加權(quán)形成期望波束，將凸優(yōu)化的方法應(yīng)用到基帶波束成形算法中去獲得子陣級(jí)較優(yōu)的權(quán)矢量，從而獲得方向性更強(qiáng)的主瓣；再通過(guò)移相器改變各陣元發(fā)射信號(hào)的相位，在合法方向上產(chǎn)生正確的星座圖，而在其他方向產(chǎn)生幅度和相位都發(fā)生畸變的信號(hào)，抑制了竊聽(tīng)接收機(jī)竊取有用信息，形成了一條安全的通信鏈路，完成了通信信息的可靠傳輸。其中，每個(gè)子陣亦可通過(guò)天線子集選擇、切換天線陣等方向調(diào)制方法進(jìn)行子陣性能的優(yōu)化，從而提高混合陣的整體安全性能。

總而言之，通過(guò)對(duì)混合天線陣的設(shè)計(jì)，在射頻端形成多波束的同時(shí)輻射通信信息，使得發(fā)送的調(diào)制信號(hào)的幅度和相位都與方位參數(shù)有關(guān)，通過(guò)方向調(diào)制區(qū)分了不同方向發(fā)送的信號(hào)星座圖，使竊聽(tīng)方向接收到的信號(hào)星座圖是畸形的，從而扭曲了竊聽(tīng)方向接收到的信息，達(dá)到了安全通信的目的。而且每個(gè)子陣可同時(shí)產(chǎn)生多個(gè)波束，將原來(lái)的單用戶(hù)系統(tǒng)拓展到多用戶(hù)系統(tǒng)，擴(kuò)大了天線陣的應(yīng)用范圍?；旌详嚥粌H能提高信息的傳輸可靠性，還因其能很大程度上減少天線部署的代價(jià)，降低計(jì)算復(fù)雜度，所以混合陣在基于大規(guī)模天線陣的5G通信系統(tǒng)中應(yīng)用前景廣闊。

4 結(jié)束語(yǔ)

在第5代移動(dòng)通信系統(tǒng)中，人們對(duì)于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)，所以信息通信技術(shù)帶來(lái)的安全問(wèn)題隨之變得更為突出，能量消耗也變得更加嚴(yán)重。大規(guī)模MIMO技術(shù)因其能提高頻譜效率和可靠性而成為5G移動(dòng)通信的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，將大規(guī)模MIMO技術(shù)和方向調(diào)制技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用在5G系統(tǒng)中為其通信帶來(lái)了安全。但是，這也只是從理論角度論述其安全性，而且目前研究中的信道模型比較簡(jiǎn)單，實(shí)際的無(wú)線信道中的多徑衰落等因素并未考慮全面，信道狀態(tài)信息(CSI)準(zhǔn)確估計(jì)上的誤差，將會(huì)影響其能達(dá)到的理想的安全層次，所以建立一個(gè)接近實(shí)際通信環(huán)境的信道模型是進(jìn)行正確安全評(píng)估的首要任務(wù)。

[1] 尤肖虎,潘志文,高西奇,等.5G移動(dòng)通信發(fā)展趨勢(shì)與若干關(guān)鍵技術(shù)[J].中國(guó)科學(xué):信息科學(xué),2014,44(5):551-563.

[2] 束咸榮，何炳發(fā)，高 鐵．相控陣?yán)走_(dá)天線[M]．北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2007.

[3] 孔維萍.基于多天線的物理層安全通信技術(shù)的研究[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2011.

[4] Marzetta T L.Nocooperative cellular wireless with unlimited numbers of base station antennas[J].IEEE Transactions on Wireless Communications,2010,9(11):3590-3600.

[5] 楊綠溪，何世文，王 毅，等.面向5G無(wú)線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)綜述[J].數(shù)據(jù)采集與處理,2015,30(3)：469-485.

[6] Daly M P,Bernhard J T. Directional modulation technique for phased arrays[J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation,2009,57(9):2633-2640.

[7] Daly M P,Bernhard J T.Directional modulation and coding in arrays[C]//Proceedings of IEEE international symposium on antennas and propagation.[s.l.]:IEEE,2011:1984-1987.

[8] Babakhani A，Rutledge D，Hajimiri A.A near-field modulation technique using antenna reflector switching[C]// Proceedings of IEEE international solid-state circuits conference.[s.l.]:IEEE,2008.

[9] Babakhani A，Rutledge D B， Hajimiri A. Transmitter architectures based on near-field direct antenna modulation[J].IEEE Journal of Solid-State Circuits，2008,43(12):2674-2692.

[10] Daly M P,Bernhard J T.Beamsteering in pattern reconfigurable arrays using directional modulation[J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation,2010,58(7):2259-2265.

[11] Baghdady E.Directional signal modulation by means of swi-tched spaced antennas[J].IEEE Transactions on Communications,1990,38(4):399-403.

[12] 曹茂國(guó).稀疏通信陣列波束成形技術(shù)研究與應(yīng)用[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2012.

[13] 薛正輝，李偉明，任 武,等.陣列天線分析與綜合[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2011.

[14] Moliseh A F,Win M Z.MIMO systems with antenna selection[J].IEEE Microwave Magazine,2004,5(1):46-56.

[15] Li Xiaohua,Hwu J,Ratazzi E P.Using antenna array redundancy and channel diversity for secure wireless transmissions[J].Journal of Communications,2007,2(3):24-32.

[16] 穆鵬程，殷勤業(yè)，王文杰.無(wú)線通信中使用隨機(jī)天線陣列的物理層安全傳輸方法[J].西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2010,44(6)：62-66．

[17] Valliappan N，Lozano A，Heath R W.Antenna subset modulation for secure millimeter-wave wireless communication[J].IEEE Transactions on Communication，2013,61(8):3231-3245.

[18] Zhang J A,Huang X,Dyadyuk V,et al.Massive hybrid antenna array for millimeter-wave cellular communications[J].IEEE Wireless Communications,2015,22(1):79-87.

[19] 李 潔.萊斯信道混合式波束成形技術(shù)的研究[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2011.

[20] 程乃平,潘點(diǎn)飛.大型陣列天線子陣劃分及柵瓣抑制方法[J].信號(hào)處理，2014,30(5):535-543.

[21] 孫海浪．陣列天線測(cè)向算法及子陣劃分研究[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2010．

[22] Jiang Meilong，Yue Guosen,Rangarajan S.MIMO transmission with rank adaption for multi-gigabit 60GHz wireless[C]//IEEE global telecommunications conference.[s.l.]:IEEE,2010:1-5.

Research on Secure Communication Technology in 5G Based on Massive MIMO

WU Min，WU Meng

(Nanjing University of Posts and Telecommunications,Nanjing 210003,China)

With the rapid development of modern information security and wireless communication technology,more and more people have paid attention to the security of sensitive information in the transmission process.It is particularly important to focus on secure services for 5G mobile systems,which is faced with a wide range of data traffic.With the increasing computing ability of the computer,the traditional encryption and decryption algorithm based on the computational complexity and the secret key negotiation mechanism has been unable to meet the requirements of wireless communication security in future.However,because directional modulation technique based on signal modulation can distort the signal constellation in undesired direction without considering the computer ability of the eavesdroppers,it is becoming a important hotspot in 5G system.Simply introducing the principle and shortcomings of technique,it is demonstrated that how the directional modulation technique based on antenna selection and mixed array achieve the goal of safe transmission under the premise of the large scale antenna array,and that the improvement of safety performance from the theory is validated.

5G;Massive MIMO;directional modulation;antenna selection;mixed array

2016-05-15

2016-08-24

時(shí)間：2017-03-07

江蘇省基礎(chǔ)研究計(jì)劃(BK20151507)

吳 敏(1991-)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)槲锢韺影踩夹g(shù)；吳 蒙，博士，教授，研究方向?yàn)闊o(wú)線通信、信息安全等。

http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1450.TP.20170307.0921.032.html

TP309

A

1673-629X(2017)04-0130-05

10.3969/j.issn.1673-629X.2017.04.029