Geri Dön

Secure multi-antenna transmission with finite-alphabet signaling

Sonlu girdi setine sahip sinyallerle çok antenli güvenli iletim

PDF İndir

  1. Tez No: 486735
  2. Yazar: SINA REZAEI AGHDAM
  3. Danışmanlar: PROF. DR. TOLGA METE DUMAN
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2017
  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: 149

Özet

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.

Özet (Çeviri)

With the ever-growing demand for services that rely on transmission over wireless networks, a challenging issue is the security of the transmitted information. Due to its open nature, wireless communications is prone to eavesdropping attacks. Typically, secrecy of the transmitted information is ensured with the aid of cryptographic techniques, which are deployed on upper layers of the network protocol stack. However, due to the need for key distribution and management, cryptographic solutions are difficult to implement in decentralized networks. Moreover, the security provided by key based solutions is not provable from a mathematical point of view. Physical layer security is an alternative or complement to the cryptographic techniques, which can resolve the complexities associated with key distribution and management. The basic principle of physical layer security is to exploit the randomness of the communication channels to allow a transmitter deliver its message to an intended receiver reliably while guaranteeing that a third party cannot infer any information about it. Much of the existing research in physical layer security focuses on investigating the information theoretic limits of secure communications. Among different techniques proposed, multiple-antenna based solutions have been shown to exhibit a high potential for enhancing security. Furthermore, Gaussian inputs are proved to be the optimal input distributions in a variety of scenarios. However, due to the high detection complexity, Gaussian signaling is not used in practice, and the transmission is carried out with the aid of symbols drawn from standard signal constellations. In this thesis, we develop several secure multi-antenna transmission techniques under the practical finite-alphabet input assumption. We first consider multiple-input multiple-output (MIMO) wiretap channels under finite-alphabet input constraints. We assume that the statistical channel state information (CSI) of the eavesdropper is available at the transmitter, and study two different scenarios regarding the transmitter's knowledge on the main channel CSI (MCSI) including availability of perfect and statistical MCSI at the transmitter. In each scenario, we introduce iterative algorithms for joint optimization of data precoder and artificial noise. We also propose different strategies to reduce the computational complexity associated with the transmit signal design. Moreover, we consider the setups with simultaneous wireless information and power transfer (SWIPT), and propose transmission schemes for achieving the trade-off between the secrecy rate and the harvested power. We demonstrate the efficacy of the proposed transmit signal design algorithms via extensive numerical examples. We also introduce several secure transmission schemes with spatial modulation and space shift keying (SSK). We derive an expression for the achievable secrecy rate, and develop precoder optimization algorithms for its maximization using transmitter side CSI. Furthermore, we introduce a group of secure SSK transmission schemes, which rely on dynamic antenna index assignment over reciprocal channels. Our results reveal that the fundamentally different working principle of SSK opens up new avenues for secure multi-antenna transmission.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    830760

    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. Tez No

    656727

    Cooperative vehicular communication systems with physical layer security and noma techniques

    Fiziksel katman güvenliği ve noma teknikleri ile işbirliklikli araçlar arası iletişim sistemleri

    SEMİHA KOŞU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İletişim Sistemleri Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. LÜTFİYE DURAK ATA

    DR. SERDAR ÖZGÜR ATA

  3. Tez No

    714363

    A friendly physical layer warden system

    Dost bir fiziksel katman bekçi sistemi

    MİRAÇ KUMRAL

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. GÜNEŞ ZEYNEP KARABULUT KURT

  4. Tez No

    451153

    Design of vehicular communication systems employing physical layer network coding over cascaded fading channels

    Kaskad sönümlemeli kanallarda fiziksel katman ağ kodlama yapan araçlar arası haberleşme sistemlerinin tasarımı

    SERDAR ÖZGÜR ATA

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İBRAHİM ALTUNBAŞ

  5. Tez No

    824333

    Advanced non-orthogonal and deep learning based communication techniques for future wireless communication systems

    Gelecekteki kablosuz iletişim sistemleri için gelişmiş ortogonal olmayan ve derin öğrenme tabanlı iletişim teknikleri

    MUHAMMAD FURQAN ZIA

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolAntalya Bilim Üniversitesi

    Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. JEHAD MAHMOUD AMIN HAMAMREH

Geri Dön