30、无线信道指纹认证：应对环境变化与终端移动性挑战

无线信道指纹认证：应对环境变化与终端移动性挑战

1. 物理层认证基础与性能验证

在无线通信中，物理层认证是保障通信安全的重要手段。通过对信道频率响应的测量和分析，可以实现对用户身份的有效识别。以一个典型的静态室内环境为例，利用 WiSE 射线追踪软件工具生成特定环境下的信道响应，对物理层认证方案的性能进行了验证。

在该模拟场景中，Alice 和 Eve 位于 4 号房间，Bob 位于建筑物中心。图 13.3 展示了在误报率为 0.01 的情况下，4 号房间的平均漏检率与带宽（W）的关系，针对三个音调（M = 3）和不同发射功率（PT = 1 mW、10 mW、100 mW）进行了测量。结果表明，在 50 MHz 带宽上测量三个信道频率响应样本，并使用 100 mW 的发射功率时，能够以 99%的置信度验证合法用户，同时以约 99%的置信度拒绝非法用户。

漏检率的计算公式为：
[β = F_{\chi^2_{2M,\mu}}(F^{-1} {\chi^2 {2M}}(1 - \alpha))]
其中，(F_X(\cdot)) 是随机变量 (X) 的累积分布函数（CDF），(F^{-1}_X(\cdot)) 是 (F_X(\cdot)) 的反函数。

2. 应对环境变化的指纹认证

环境变化，如建筑物内其他物体的移动，可能导致信道随时间发生变化。若处理不当，这种信道变化可能会在基于信道的认证中导致较高的误报率。因此，需要分析环境变化引起的信道时间变化，并考虑如何在某些情况下将其转化为优势。

2.1 时变信道测量模型

将信道估计公式扩展到广义时变信道模型。假设每