余操操 徐京 呂湉

摘 要：近年來(lái)，物理層安全技術(shù)利用傳輸鏈路的物理特性，通過(guò)物理層的編碼、調(diào)制以及傳輸方式來(lái)實(shí)現(xiàn)安全通信，因此加強(qiáng)其技術(shù)是極為關(guān)鍵的。在物理層優(yōu)化改造過(guò)程之中，因?yàn)槟承┛陀^不確定的因素而形成的變化會(huì)致使其安全性產(chǎn)生意想不到的變化，所以必須在其運(yùn)行時(shí)前總結(jié)提出各種可能遇到的問(wèn)題和因素，然后就是要對(duì)所產(chǎn)生的問(wèn)題進(jìn)行分析探究，最終找到合理的方法解決問(wèn)題，本文對(duì)其展開(kāi)探討。

關(guān)鍵詞：無(wú)線通信系統(tǒng)；物理層；安全技術(shù)

1 引言

無(wú)線通信技術(shù)發(fā)展是極為迅猛的，目前來(lái)說(shuō)對(duì)其進(jìn)行物理層安全技術(shù)的加強(qiáng)是極為關(guān)鍵的，可以有效地使其傳輸效率和安全性得到提升。目前的發(fā)展方向主要有以下幾點(diǎn)：（1）對(duì)于傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析，將無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的使用要求以及構(gòu)建模式進(jìn)行探究，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中可能存在的盲區(qū)進(jìn)行進(jìn)一步的解析，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃。（2）對(duì)于現(xiàn)存網(wǎng)絡(luò)的物理層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，同時(shí)進(jìn)行交換機(jī)的配置，選取有效的位置來(lái)進(jìn)行交換機(jī)的放置，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的高效傳輸，避免干擾。（3）對(duì)于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)物理層進(jìn)行信道劃分，對(duì)于其性能進(jìn)行測(cè)試，對(duì)它的有效性展開(kāi)探究，從傳輸帶寬和信號(hào)強(qiáng)度等方面對(duì)其傳輸效益進(jìn)行綜合性的評(píng)判，得出更加優(yōu)化的傳輸方案。（4）通過(guò)整體的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)測(cè)試，指出現(xiàn)有的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的不足之處和改進(jìn)的方向。

2 無(wú)線通信系統(tǒng)的物理層安全技術(shù)

2.1 物理層安全技術(shù)設(shè)計(jì)原則

（1） 經(jīng)濟(jì)性 應(yīng)當(dāng)采用較低的成本來(lái)實(shí)現(xiàn)，應(yīng)當(dāng)按照國(guó)家的相關(guān)規(guī)定，避免出現(xiàn)浪費(fèi)的情況，盡量的降低成本，因此應(yīng)該從實(shí)用的角度多進(jìn)行考慮。

（2） 易用、可用性 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)有接入的隨機(jī)性和靈活性，因此應(yīng)該擴(kuò)大其覆蓋范圍，加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的管理，使得人們對(duì)于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用更加的便捷。

（3） 移動(dòng)性 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可以避免地形對(duì)其的控制，為了實(shí)現(xiàn)高效的移動(dòng)上網(wǎng)，因此要保證設(shè)備可以進(jìn)行快速的安裝，使得其移動(dòng)性提升，讓人們使用更加的方便。

（4） 安全性 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)不需要光纜就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，但是其安全性也是極為重要的，需要防止外部的信號(hào)對(duì)其進(jìn)行干擾，減少網(wǎng)絡(luò)的波動(dòng)情況，同時(shí)增大其帶寬，用各種手段來(lái)保證其傳輸?shù)挠行浴?/p>

2.2 多天線分集技術(shù)

隨著無(wú)線多入多出（MIMO）技術(shù)的應(yīng)用，終端往往具有多根發(fā)送和接收天線。多天線技術(shù)主要利用空間自由度來(lái)實(shí)現(xiàn)安全。對(duì)于發(fā)送端的多天線技術(shù)，主要有最大比傳輸（MRT）、空時(shí)編碼傳輸（OSTBC）和發(fā)送天線選擇（TAS）等方案。最大比傳輸波束成型技術(shù)，其通過(guò)對(duì)多跟發(fā)射天線進(jìn)行系數(shù)的加權(quán)處理，增強(qiáng)接收端的信號(hào)強(qiáng)度；空時(shí)編碼技術(shù)則利用發(fā)端多天線帶來(lái)的空間維度和信息傳輸?shù)臅r(shí)間維度來(lái)提高信息傳輸?shù)陌踩煽啃?；發(fā)送天線選擇技術(shù)通過(guò)選擇最優(yōu)的一根發(fā)射天線，使得接收端收到的瞬時(shí)信噪比最大，而該最優(yōu)天線對(duì)于竊聽(tīng)用戶端而言卻是隨機(jī)的，從而使得主信道質(zhì)量?jī)?yōu)于竊聽(tīng)信道質(zhì)量。

2.3 協(xié)作干擾技術(shù)

協(xié)作干擾技術(shù)是實(shí)現(xiàn)物理層安全傳輸?shù)闹匾侄沃?，在不影響合法終端正常通信的前提下，通過(guò)在傳輸信道的零空間上疊加人工噪聲和干擾信號(hào)來(lái)擾亂竊聽(tīng)節(jié)點(diǎn)對(duì)信號(hào)的接收。人工噪聲或者干擾信號(hào)可以分別在發(fā)送端、接收端和協(xié)作終端上進(jìn)行疊加。在多入單出無(wú)線通信系統(tǒng)中，利用發(fā)端天線在傳輸信息的同時(shí)，發(fā)送干擾信號(hào)來(lái)提高傳輸?shù)陌踩阅?，并研究了系統(tǒng)功率分配的優(yōu)化問(wèn)題和傳輸方案的安全吞吐量。在放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼系統(tǒng)中，利用目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送干擾來(lái)實(shí)現(xiàn)安全通信，并通過(guò)干擾功率分配的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的安全傳輸。

3 物理層安全其他優(yōu)化技術(shù)分析

3.1 信道規(guī)劃技術(shù)

我們對(duì)于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)物理層要進(jìn)行信道規(guī)劃，這也是一種極為重要的優(yōu)化方案，主要考慮的因素是信號(hào)的質(zhì)量與接入范圍，同時(shí)我們應(yīng)該避免出現(xiàn)接入點(diǎn)在重疊情況下可能導(dǎo)致資源的浪費(fèi)，如果這些接入點(diǎn)都在一個(gè)信道，那么就可能會(huì)引起信號(hào)之間出現(xiàn)相互干擾的情況，網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率比較低，那么需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的劃分，利用虛擬的方式來(lái)建立多個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)都要使用自己的帶寬，這樣就可以避免信號(hào)的重疊情況，同時(shí)要對(duì)于具體地形來(lái)進(jìn)行考慮，避免出現(xiàn)空間中的信號(hào)干擾，在水平合作或者垂直方向都要進(jìn)行考慮，避免出現(xiàn)整個(gè)樓層的相互干擾，所以我們應(yīng)當(dāng)采用相關(guān)的信號(hào)管理方案，這樣就可以實(shí)現(xiàn)信道在物理上和地域上都可以進(jìn)行隔離，那么就可以讓整個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)強(qiáng)度提升，質(zhì)量也得到改善，優(yōu)化整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，一般采用20MHz的頻率進(jìn)行通信組網(wǎng)，避免出現(xiàn)接入點(diǎn)的重疊等嚴(yán)重的問(wèn)題，加大覆蓋范圍。

3.2 功率調(diào)整技術(shù)

通過(guò)對(duì)于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)物理層的功率調(diào)整，可以有效的對(duì)于其信號(hào)的發(fā)射情況進(jìn)行調(diào)控，將就可以提升其信道的利用率，通過(guò)發(fā)射功率調(diào)整就可以實(shí)現(xiàn)頻道的復(fù)用，使得整個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的通訊性能得到提升，虛擬網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，可以從成本上進(jìn)行降低，同時(shí)使得使用更加方便。為了實(shí)現(xiàn)無(wú)線信號(hào)的傳輸競(jìng)爭(zhēng)與沖突避免，那么我們必須對(duì)于信道進(jìn)行相應(yīng)的監(jiān)聽(tīng)，如果發(fā)現(xiàn)有其他信道在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)就需要進(jìn)行規(guī)避，如果沒(méi)有其他信號(hào)在信道中，那么我們就可以對(duì)于信道進(jìn)行檢測(cè)并且進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，在無(wú)線系統(tǒng)中，每個(gè)信道所分到的帶寬，并不是無(wú)限的，它是有一定限制的，在完成新的信號(hào)傳輸后就要進(jìn)行信道的收回，為了避免出現(xiàn)接入點(diǎn)之間的相互干擾情況，因此需要對(duì)其功率進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，使得在同一時(shí)刻的一個(gè)位置只能出現(xiàn)一個(gè)信號(hào)比較強(qiáng)的接入點(diǎn)，同時(shí)這樣這個(gè)信號(hào)點(diǎn)必須滿足用戶的需求。

3.3 頻點(diǎn)規(guī)劃技術(shù)

在整個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過(guò)程中，我們必須采用增加接入點(diǎn)的個(gè)數(shù)來(lái)進(jìn)行用戶的擴(kuò)容，但是如果接入點(diǎn)過(guò)多的話就可能造成信號(hào)重疊的情況，為了盡量的使得接入點(diǎn)的頻段干擾減小，就必須對(duì)于頻段進(jìn)行優(yōu)化，使其能夠在保證覆蓋范圍的情況下，盡量的減少失真率主要有以下的優(yōu)化原則： 我們對(duì)于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化就可以看出來(lái)，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化過(guò)程中，主要是通過(guò)頻道的復(fù)用來(lái)進(jìn)行的，為了避免頻段之間存在干擾的情況，那么對(duì)于同頻干擾要進(jìn)行抑制，我們遇到的大量的接入點(diǎn)區(qū)域當(dāng)中，1、6號(hào)和11號(hào)信道可能會(huì)多次重復(fù)使用，這樣就可能會(huì)導(dǎo)致接入點(diǎn)出現(xiàn)相應(yīng)的頻段重合的情況，因此我們對(duì)于這三個(gè)頻道要進(jìn)行重視，加強(qiáng)控制，避免出現(xiàn)更加嚴(yán)重的信號(hào)錯(cuò)亂的情況。

4 總結(jié)

雖然其能在很多方面代替有線網(wǎng)，但是無(wú)線局域網(wǎng)也有它的不足。無(wú)線局域網(wǎng)信號(hào)衰減快，不能像有線信號(hào)一樣傳播更遠(yuǎn)的距離。無(wú)線局域網(wǎng)能利用的信道少，當(dāng)有多家運(yùn)營(yíng)商在同一地點(diǎn)建設(shè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，很容易造成相互干擾，現(xiàn)在這個(gè)問(wèn)題還沒(méi)很好的解決辦法。環(huán)境的變化對(duì)無(wú)線局域網(wǎng)的影響非常大，當(dāng)環(huán)境很復(fù)雜時(shí)，無(wú)線局域網(wǎng)很難提供優(yōu)質(zhì)的上網(wǎng)服務(wù)。無(wú)線局域網(wǎng)也不適合進(jìn)行室外覆蓋，一般只適用于熱點(diǎn)覆蓋，如果想建成像2G、3G那樣大范圍覆蓋的網(wǎng)絡(luò)，成本巨大，而且效果很差。無(wú)線局域網(wǎng)只能作為有線網(wǎng)的補(bǔ)充，和3G、4G網(wǎng)相互配合，才具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。

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作者簡(jiǎn)介：

余操操，1996.05.20，男，漢，浙江省慈溪市，學(xué)生，本科，信息系統(tǒng)工程