Secure multi-antenna transmission with finite-alphabet signaling

Kablosuz ağlar üzerinden bilgi aktarmaya dayanan hizmetlere olan talebin gittikçe artmasıyla. iletilen bilgilerin güvenliği zorlayıcı bir konuya dönüşmüştür. Dışa açık olan yapıları ile kablosuz ağlar, gizli dinleme saldırılarına maruz kalmaktadır. Genellikle, iletilen bilgilerin gizliliği, ağ protokol yığınının üst katmanlarına yerleştirilen şifreleme teknikleriyle sağlanmaktadır. Ancak, anahtar dağıtım ve yönetim ihtiyacı nedeniyle, kriptografik çözümlerin merkeziyetçi olmayan şebekelerde uygulanması zordur. Bunun yanında. anahtar tabanlı çözümlerle sağlanan güvenliğin matematiksel bir kanıtı da yoktur. Fiziksel katman güvenliği. anahtar dağıtımı ve yönetimi ile ilgili karmaşıklıkları gidere bilen şifreleme tekniklerine bir alternatif veya tamamlayıcıdır. Fiziksel katman güvenliğindeki temel ilke. İletişim kanallarının rastlantısallığını kullanarak, bir vericinin mesajını istenen bir alıcıya güvenilir bir şekilde iletirken üçüncü biri tarafın mesajla ilgili herhangi bir bilgi elde edilemediğini garanti altına almaktır. Fiziksel katman güvenliği ile ilgili araştırmaların çoğunluğunda, güvenli iletişimin teorik sınırlarının araştırılması üzerinde durulmaktadır. Önerilen farklı teknikler arasında. çoklu anten çözümlerinin, güvenliği arttırmak için yüksek bir potansiyel sergilediği gösterilmiştir. Ayrıca. Gauss girdilerinin en uygun girdi dağılımı olduğu çeşitli senaryolar için kanıtlanmıştır. Fakat, tespit karmaşıklığının yüksek olması nedeniyle. uygulamada Gauss sinyallemesi kullanılmamaktadır ve iletim, standart sinyal gruplamalarından alınan sembollerin yardımıyla gerçekleştirilmektedir. Bu tezde, pratik sonlu-alfabe girdisi varsayımı altında birkaç çok antenli güvenli iletim tekniği geliştiriyoruz. İlk olarak sonlu alfabe girdi kısıtlamaları altında çok girdili çok çıktılı (MIMO) hat dinleme kanallarını inceliyoruz. Gizli dinleyicinin istatistiksel kanal durum bilgisinin vericide mevcut olduğu senaryonun yanında esas dinleyicinin mükemmel veya istatistiksel kanal bilgisinin vericide mevcut olduğuna ilişkin iki farklı senaryoyu inceliyoruz. Her senaryoda, önkodlayıcı ve yapay gürültünün ortak optimizasyonu için yinelemeli algoritmalar sunuyoruz. Ayrıca, iletim sinyali tasarımındaki hesaplama karmaşıklığını azaltmak için farklı stratejiler öneriyoruz. Dahası, eşzamanlı kablosuz bilgi ve güç aktarımı (SWIPT) yaklaşımının kullanıldığı kurulumları inceliyoruz ve gizlilik oranı ile elde edilen güç arasındaki dengeyi sağlamak için iletim şemaları geliştiriyoruz. Önerilen yayın sinyali tasarım algoritmalarının etkinliğini sayısal örneklerle kanıtlıyoruz. Ayrıca, uzaysal modülasyon ve uzay kaydırmalı anahtarlama (SSK) ile de birkaç güvenli iletim şeması sunuyoruz. Elde edilebilir gizlilik oranı için bir ifade elde ediyoruz ve verici tarafında kanal durum bilgisini kullanarak gizlilik oranının maksimizasyonu için önkodlayıcı optimizasyon algoritmaları geliştiriyoruz. Ek olarak, karşılıklı (reciprocal) kanallar üzerinden dinamik anten indeksi atamasını kullanan bir grup güvenli SSK iletim şeması sunuyoruz. Sonuçlarımız, SSK'nın temelde farklı çalışma prensibinin güvenli çok antenli iletim tasarımı için yeni yollar açtığını ortaya koymaktadır.