文 献 综 述
一、物理层安全技术概述
通过无线网络的部署，可以很容易地获取实时信息和共享数据。然而，由于无线传输的广播特性，机密信息容易受到拦截，物理层的信息安全问题亟待解决。
从信息论的角度来看，沿用传统有线通信中的数据加密技术，如[1]中的对称加密与非对称加密两种方式，可以在协议栈的级别上处理常规的无线保密问题，但在传输密钥时所需的安全信道仍然难以保障。文献[2]中，Wyner等人对窃听信道进行研究并提出了安全容量的概念，定义为发射机将信息可靠传输到期望接收机时所能达到的最大传输速率。同时指出，只要期望信道的通信质量优于窃听信道，就一定能够实现信息的安全传输。物理层安全技术的发展也由此而来。
物理层安全通信的另一个分支在于物理层安全技术的具体实现。传统的安全技术方案中常使用人为干扰噪声技术[2]和阵列冗余技术[3]，本质上都是利用额外的发送功率换取所需的安全性能。其中，人为干扰噪声技术根据实际通信信道的特点来设计噪声信号，对信道估计要求很高。在窃听端添加人为干扰噪声，加入的噪声信号能有效降低窃听信道的信道质量，同时不影响期望信道的信道质量[2]。
阵列冗余技术利用阵列的随机加权法来实现物理层的安全通信。算法的核心在于天线加权系数的更新，即造成窃听信道的快速随机变化。可采取随机加权和随机阵列两种实现方法[3]。其安全传输模型如图1.1所示，模型选用了经典的三结点模型，即发射机Alice、接收机Bob以及窃听者Eve。此类方案尤其在发射天线数目较多时效果明显。
图1.1 阵列冗余模型下的安全传输模型
近年来引起较大关注的物理层安全技术旨在不依靠上层加密来保证网络节点之间的安全通信，其中一种重要的信息安全技术叫做方向调制(Directional Modulation, DM)技术[4]-[14]。方向调制技术在期望方向上发射正确的信号，而在非期望方向上发射的信号会产生畸变。因此，即使窃听接收机收到的信号功率与期望方向相同甚至更高，也不能对信息进行准确恢复。此处DM发射信号与方向有关的特点极大地增强了物理层的信息安全性。对固定扰动和随机扰动两种DM合成技术及其度量标准的研究逐渐成为主流。
二、国内外研究现状
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