10、无线通信系统中的物理层认证技术详解

无线通信系统中的物理层认证技术详解

在无线通信领域，物理层认证（PLA）技术对于保障通信安全至关重要。本文将深入探讨基于射频（RF）/硬件角度的PLA方案，重点介绍波束模式、信道稀疏性等关键技术，以及接收器处理流程和面临的挑战。

1. 5G MIMO相关PLA技术

1.1 波束模式PLA

基于波束模式空间属性的5G MIMO PLA技术假设天线电路的固有缺陷可创建基于射频/信道的PLA方案。然而，不同设备的波束模式变化可能微小，且易受加性噪声干扰，限制了系统容量。为提高认证性能，可对天线电路进行有意操作，如改变天线元件形状、调整天线元件上下材料、选择预定义带通滤波器和功率分配器等。例如，通过创建混沌天线阵列几何形状和特定的天线激活序列，确保认证设备不可克隆。

1.2 信道稀疏性PLA

5G网络中MIMO信道具有稀疏性，可将其转换到波束空间域以利用其独特特性。通过离散傅里叶变换（DFT），可将空间MIMO信道表示转换为波束空间MIMO信道表示。波束空间域为空间信道提供离散近似，其信道表示稀疏，能反映发射机数量。利用波束空间信道表示可降低硬件收发器复杂度、信道矩阵维度和预编码器设计难度，实现精确信道估计和快速波束对准。基于波束空间特性，已有多种PLA技术被开发，如使用波束空间信道作为合法发射机的身份信息，或提取距离向量作为身份标识。

不同PLA技术的比较如下表所示：
| PLA技术类型 | 优点 | 挑战 | 适用技术 |
| — | — | — | — |
| 5G MIMO波束模式属性 | - 用于应对基于信道特征的身份欺骗攻击
- 属性可从现成设备轻松提取
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