Secure physical layer short-packet communication for 5G

Abstract

013) 资助项目 摘要 无线短包通信是实现海量机器类通信 (massive machine type communication, mMTC) 和超可 靠低延迟通信 (ultra-reliable low latency communication, uRLLC) 等 5G 物联网 (Internet of Things, IoT) 应用的关键技术之一. 面向工业物联网、车联网等应用, 无线通信的安全问题至关重要. 本文从物 理层安全角度研究了慢衰落信道下短包通信系统的安全传输. 基于安全短包通信信息论结论定义了保 密中断概率 (secrecy outage probability, SOP), 并以 SOP 约束下的可靠吞吐量作为短包通信系统的安 全通信性能指标. 在此基础上设计了自适应和非自适应编码传输方案, 分别利用合法信道的精确/部分 瞬时信道状态信息 (channel state information, CSI) 进行编码速率设计及传输门限优化以最大化吞吐 量, 并进一步分析了主要系统参数对最优吞吐量的影响. 数值结果验证了传输方案的有效性, 并验证 了 SOP 约束下主要系统参数对系统安全传输性能的影响. 关键词 短包通信, 物理层安全, 保密中断概率, 传输方案设计, 性能评估 1 引言 5G 引入了两种全新的应用场景: 海量机器类通信 (massive machine type communication, mMTC) 和超可靠低延迟通信 (ultra-reliable low latency communication, uRLLC), 以应对未来潜在的物联网应 用在延迟、可靠性、连接密度和灵活性等方面对通信机制提出的全新设计挑战 [1] . 支持两种新场景面 临的核心挑战在于要求未来通信系统支持短数据包传输 [2] , 这就需要采用与当前追求高传输速率、高 容量的无线通信系统根本不同的系统设计方案 [3] .