Secrecy rates of finite-input intersymbol interference channels
Sonlu girdi setine sahip simgeler arası girişim kanallarındaki güvenlik seviyesi
- Tez No: 470052
- Danışmanlar: PROF. DR. TOLGA METE DUMAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- 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
- 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
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TOLGA METE DUMAN
- Secure multi-antenna transmission with finite-alphabet signaling
Sonlu girdi setine sahip sinyallerle çok antenli güvenli iletim
SINA REZAEI AGHDAM
Doktora
İngilizce
2017
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TOLGA METE DUMAN
- Dynamic control of wireless networks with confidential communications
Gizli haberleşmeli kablosuz ağların dinamik kontrolü
YUNUS SARIKAYA
Doktora
İngilizce
2014
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZGÜR ERÇETİN
DOÇ. DR. ÖZGÜR GÜRBÜZ ÜNLÜYURT
- 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
2019
GazetecilikFırat Üniversitesiİletişim Bilimleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA YAĞBASAN
- 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
2017
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Medipol ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği ve Siber Sistemler Ana Bilim Dalı
Prof. Dr. HÜSEYİN ARSLAN
Assist. Prof. Dr. TUNÇER BAYKAŞ