31、无线通信认证技术全解析：从MIMO到信息论边界

无线通信认证技术全解析：从MIMO到信息论边界

1. MIMO技术在信道认证中的应用

MIMO（多输入多输出）技术凭借其提供分集增益和/或复用增益的能力，将在未来无线网络（如IEEE 802.11 n）中广泛应用，以提升流量容量和链路质量。下面我们将对MIMO系统中的信道认证进行分析，并探讨其对欺骗检测性能的影响。

假设Alice使用$N_T$个天线，Bob使用$N_R$个天线，而Eve为了冒充Alice，会用$N_E$个天线向通信介质注入不良通信信号。为了获得多天线带来的复用增益，接收器需要了解信道状态信息。因此，合法发射机从$N_T$个天线发送不重叠的导频信号，Bob则利用这些导频信号来估计信道响应。

MIMO技术为欺骗检测带来了额外的好处。在Alice - Bob - Eve攻击模型中，如果Eve不知道Alice的发射天线数量$N_T$，她就必须进行预测。若预测错误，或者她没有足够的$N_T$个天线，Bob就能根据退化的信道估计和数据解码结果，确定地挫败Eve的冒充企图。也就是说，只有当Eve知道$N_T$并使用$N_T$个发射天线时，她才有机会骗过Bob。

在$N_T×N_R$的MIMO系统中，若使用式(13.6)的测试统计量，给定虚警率下的漏检率可以表示为：
[
\beta(\alpha) = F_{\chi^2_{2N_T N_R M},\mu}(F^{-1}_{\chi^2_S}(1 - \alpha))
]
其中
[
\mu = \frac{P_T}{P_N N_T} \left\lVert H_t - H_A e^{j \text{Arg}(H^H_A H_t)} \right\rV