Geri Dön

Secrecy rates of finite-input intersymbol interference channels

Sonlu girdi setine sahip simgeler arası girişim kanallarındaki güvenlik seviyesi

  1. Tez No: 470052
  2. Yazar: SERDAR HANOĞLU
  3. Danışmanlar: PROF. DR. TOLGA METE DUMAN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2016
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
  10. Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 84

Özet

Dışa açık doğaları gereği kablosuz iletişim ağlarında güvenliğin sağlanması kritik bir öneme sahiptir. Bu güvenliği fiziksel katmanda sağlamak ise üst katmandaki geleneksel şifreleme yöntemlerine hem iyi bir alternatif hem de ilave bir güvenliktir. Son on yıla baktığımızda, bir çok çalışma tarafından fiziksel katmandaki çalışmaların güvenliği sağlama noktasında yapabilecekleri farklı senaryolar için araştırılmıştır. Öte yandan, güvenliğin simgeler arası girişim (Intersymbol Interference - ISI) kanallarında sağlanması yeterince ilgi görmemiştir ve bu konuda araştırmaya açık bir çok yön bulunmaktadır. Biz bu motivasyonla sonlu girdili ISI kanallarındaki güvenlik seviyesini hem sabit hem de sönümlemeli kanal katsayıları için inceliyoruz. ISI kanallardaki güvenlik seviyesinin BCJR algoritmasının ileri yönlü özyinelemeleri ile hesaplanabildiğini göstermekteyiz. Ayrıca, bu güvenlik seviyesi Markov girdiler yardımı ile artırılabilmektedir. Ancak, optimal Markov girdi değerini bulmak için önerilen literatürdeki mevcut algoritma, BCJR özyinelemesinin defalarca kullanılmasını gerektirdiği için işlemsel olarak yoğundur. Biz bu işlem yoğunluğunu azaltmak için kod defteri temelli bir yaklaşımı alternatif olarak sunuyoruz. Bu yaklaşımımızda, oluşturduğumuz kod defteri içerisindeki Markov girdilerden esas kanala spektral anlamda en uygun olanını seçiyoruz. Elde ettiğimiz nümerik sonuçlar göstermektedir ki önerilen yaklaşım düşük işlem kazancı sunmasının yanında mevcut yinelemeli çözüm ile kıyaslandığında performanstan çok kaybettirmemektedir. Biz güvenlik seviyesini artırmak için yapay gürültü eklenmesini de önermekteyiz. Bu önerimiz Markov girdilerin fayda sağlamadığı orta ve yüksek sinyal gürültü oranı (Signal to Noise Ratio - SNR) değerlerinde büyük bir öneme sahiptir. Yapay gürültü tekniği kapsamında gizli dinleyicinin esas kanaldan daha iyi olduğu frekans değerlerine gürültü ekliyoruz. Sonuçlarımız bu yaklaşımın güvenlik seviyesi üzerindeki artırıcı etkisini doğrulamaktadır. Ayrıca, vericideki mevcut kanal durum bilgisinin güvenlik seviyesi üzerindeki etkisini de incelemekte ve bu doğrultuda gizli dinleyicinin kanal durum bilgisinin verici tarafından bilinmesinin ne kadar faydalı olduğunu göstermekteyiz.

Özet (Çeviri)

Due to the broadcast nature of the communication medium, security is a critical problem in wireless networks. Securing the transmission at the physical layer is a promising alternative or complement to the conventional higher level techniques such as encryption. During the past decade, various studies have been carried out which investigate such possibilities in providing secrecy for different scenarios. On the other hand, secrecy over intersymbol interference (ISI) channels has not received significant attention, and much work remains to be done. With this motivation, we focus on secrecy rates of finite-input ISI channels for both fixed and fading channel coefficients. We argue that the secrecy rates of ISI channels can be computed by the forward recursion of the BCJR algorithm. Moreover, by utilizing Markov input distributions for transmission over the ISI channels, achievable secrecy rates can be increased. However, the existing iterative method in the literature to obtain the optimal Markov input distribution is computationally complex as many BCJR recursions are needed. Thus, we propose an alternative solution by introducing a codebook based approach. Particularly, among the existing Markov input distributions in the codebook, we propose to select the one which spectrally matches the main channel. Our numerical results reveal that the proposed low complexity approach undergoes a minimal loss with respect to the existing iterative algorithm while offering a considerably reduced complexity. We also propose injection of artificial noise (AN) to increase the secrecy rates, and show that this is especially useful for moderate and high signal to noise ratio (SNR) values where the use of Markov input distributions is not beneficial. We inject AN to frequencies where the eavesdropper's channel is better than the main channel. We show that this approach significantly increases the secrecy rates compared to the existing methods. Furthermore, we consider the effect of channel state information (CSI) on the secrecy rates, and demonstrate that availability of eavesdropper's CSI at the transmitter is highly beneficial in terms of the achievable secrecy rates.

Benzer Tezler

  1. Deep-learning for communication systems: New channel estimation, equalization, and secure transmission solutions

    Haberleşme sistemleri için derin öğrenme: Yeni kanal kestirimi, denkleştirme ve güvenli iletim çözümleri

    MÜCAHİT GÜMÜŞ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. TOLGA METE DUMAN

  2. Secure multi-antenna transmission with finite-alphabet signaling

    Sonlu girdi setine sahip sinyallerle çok antenli güvenli iletim

    SINA REZAEI AGHDAM

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. TOLGA METE DUMAN

  3. Dynamic control of wireless networks with confidential communications

    Gizli haberleşmeli kablosuz ağların dinamik kontrolü

    YUNUS SARIKAYA

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2014

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSabancı Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ÖZGÜR ERÇETİN

    DOÇ. DR. ÖZGÜR GÜRBÜZ ÜNLÜYURT

  4. Türk medyasında hukuk ihlalleri ve cezai müeyyidelerin hukuksal dayanakları

    Violations of law in Turkish media and the legal basis of penal sanctionings

    MUHAMMED EMİN YALÇINKAYA

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    GazetecilikFırat Üniversitesi

    İletişim Bilimleri Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MUSTAFA YAĞBASAN

  5. Signal processing techniques for security enhancement of wireless networks at the physical layer

    Sinyal işlem teknikleri için fiziksel katman kablosuz ağlarda güvenlik geliştirilmesi

    MORTEZA SOLTANI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Medipol Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği ve Siber Sistemler Ana Bilim Dalı

    Prof. Dr. HÜSEYİN ARSLAN

    Assist. Prof. Dr. TUNÇER BAYKAŞ