Dung lượng bảo mật của hệ thống MIMO cỡ rất lớn khi có thiết bị nghe lén thụ động

  • Vũ Lê Quỳnh Giang Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông Học viện Quản lý Giáo dục
  • Trương Trung Kiên Posts and Telecommunications Institute of Technology
Keywords: Secret capacity, massive MIMO, eavesdropper, physical layer security.

Abstract

Bảo mật ở lớp vật lý có thể kết hợp với các giải pháp bảo mật ở lớp trên để đảm bảo an ninh thông tin trong mạng thông tin vô tuyến. Các kết quả nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng với điều kiện kênh truyền Rayleigh, việc sử dụng rất nhiều ăng-ten ở trạm gốc giúp hệ thống thông tin MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) cỡ rất lớn tự được bảo mật trước thiết bị nghe lén thụ động. Tuy nhiên, bài báo này sau khi đề xuất các biểu thức dạng đóng cho dung lượng bảo mật cho hệ thống MIMO cỡ rất lớn trong điều kiện kênh truyền Rice có xem xét thành phần truyền tầm nhìn thẳng đã chứng minh được rằng thiết bị nghe lén thụ động có thể ảnh hưởng lớn đến dung lượng bảo mật của hệ thống. Các kết quả mô phỏng được cung cấp để kiểm chứng tính chính xác của các kết quả phân tích giải tích và để rút ra một số chỉ dẫn thiết kế quan trọng.

DOI: 10.32913/rd-ict.vol3.no40.845

Author Biographies

Vũ Lê Quỳnh Giang, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông Học viện Quản lý Giáo dục
Lab Hệ thống Vô tuyến và Ứng dụng, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thôngKhoa Công nghệ Thông tin, Học viện Quản lý Giáo dục
Trương Trung Kiên, Posts and Telecommunications Institute of Technology
Lab Hệ thống Vô tuyến và Ứng dụng

References

Y. Zou, J. Zhu, X. Wang, and L. Hanzo, “A survey on wireless security: Technical challenges, recent advances, and future trends,” Proceedings of the IEEE, vol. 104, no. 9, pp. 1727–1765, Sep. 2016.

D. Kapetanovic, G. Zheng, and F. Rusek, “Physical layer security for massive MIMO: An overview on passive eavesdropping and active attacks,” IEEE Communications Magazine, vol. 53, no. 6, pp. 21–27, 2015.

A. Mukherjee, S. A. A. Fakoorian, J. Huang, and A. L. Swindlehurst, “Principles of physical layer security in multiuser wireless networks: A survey,” IEEE Communications Surveys & Tutorials, vol. 16, no. 3, pp. 1550–1573, 2014.

A. Yener and S. Ulukus, “Wireless physical-layer security: Lessons learned from information theory,” Proceedings of the IEEE, vol. 103, no. 10, pp. 1814–1825, Oct. 2015.

T. L. Marzetta, “Noncooperative cellular wireless with unlimited numbers of base station antennas,” IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 9, no. 11, pp. 3590–3600, 2010.

3GPP TR 38.912, “Study on new radio (NR) access technology (Release 15),” 3GPP, Technical Report v.15.0.0, Jun. 2018.

T. L. Marzetta, “Massive MIMO: An introduction,” Bell Labs Technical Journal, vol. 20, pp. 11–22, 2015.

Y. Wu, A. Khisti, C. Xiao, G. Caire, K. Wong, and X. Gao, “A survey of physical layer security techniques for 5G wireless networks and challenges ahead,” IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 2018.

X. Zhou, B. Maham, and A. Hjorungnes, “Pilot contamination for active eavesdropping,” IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 11, no. 3, pp. 903–907, Mar. 2012.

D. Kapetanovic, G. Zheng, K. Wong, and B. Ottersten, “Detection of pilot contamination attack using random training and massive MIMO,” in Proc. of IEEE Int. Symp. Personal, Indoor, Mobile Radio Commun. (PIMRC), Sep. 2013, pp. 13–18.

J. Wang, J. Lee, F. Wang, and T. Q. S. Quek, “Jammingaided secure communication in massive MIMO Rician channels,” IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 14, no. 12, pp. 6854–6868, Dec. 2015.

Y. Wu, R. Schober, D. W. K. Ng, C. Xiao, and G. Caire, “Secure massive MIMO transmission with an active eavesdropper,” IEEE Transactions on Information Theory, vol. 62, no. 7, pp. 3880–3900, Jul. 2016.

D. Hu, W. Zhang, L. He, and J. Wu, “Secure transmission in multi-cell multi-user massive MIMO systems with an active eavesdropper,” to appear in IEEE Wireless Communications Letters, Jul. 2019.

H. Akhlaghpasand, S. M. Razavizadeh, E. Bjornson, and T. T. Do, “Jamming detection in massive MIMO systems,” IEEE Wireless Communications Letters, vol. 7, no. 2, pp. 242–245, Apr. 2018.

J. Zhu, R. Schober, and V. K. Bhargava, “Secure transmission in multicell massive MIMO systems,” IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 13, no. 9, pp. 4766–4781, 2014.

J. Zhu, R. Schober, and V. K. Bhargava, “Linear precoding of data and artificial noise in secure massive MIMO systems,” IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 15, no. 3, pp. 2245–2261, 2016.

Y. Long, Z. Chen, L. Li, and J. Fang, “Non-asymptotic analysis of secrecy capacity in massive MIMO system,” in Proceedings of the IEEE International Conference on Communications (ICC), Jun. 2015, pp. 4587–4592.

A. Bereyhi, S. Asaad, R. R. Muller, R. F. Schaefer, and A. M. Rabiei, “On robustness of massive MIMO systems against passive eavesdropping under antenna selection,” in Proceedings of the IEEE Global Communications Conference (GLOBECOM), Abu Dhabi, UAE, Dec. 2018.

T. Yang, R. Zhang, X. Cheng, and L. Yang, “Secure massive MIMO under imperfect CSI: Performance analysis and channel prediction,” to appear in IEEE Transactions on Information Forensics and Security, 2018.

C.-Y. Yeh and E. W. Knightly, “Feasibility of passive eavesdropping in massive MIMO: An experimental approach,” in Proceedings of the IEEE Conference on Communications and Network Security (CNS), Beijing, China, May 2018.

X. Zhang, D. Guo, and K. Guo, “Secure performance analysis for multi-pair AF relaying massive MIMO systems in Ricean channels,” IEEE Access, vol. 6, pp. 57 708–57 720, 2018.

A. Mukherjee and A. Swindlehurst, “A full-duplex active eavesdropper in MIMO wiretap channels: Construction and countermeasures,” in Proceedings of the Forty Fifth Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers (ASILOMAR), Pacific Grove, U.S.A., Nov. 2011, pp. 265–269.

D. B. Rawat, K. Neupane, and M. Song, “A novel algorithm for secrecy rate analysis in massive MIMO system with target SINR requirements,” in Proceedings of the IEEE Conference on Computer Communications (INFOCOM), Apr. 2016, pp. 53–58.

O. Ozdogan, E. Bjornson, and E. G. Larsson, “Massive MIMO with spatially correlated rician fading channels,” Submitted to IEEE Transactions on Communications, 2018.

Y. Hu, Y. Hong, and J. Evans, “Angle-of-arrival-dependent interference modeling in Rician massive MIMO,” IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 66, no. 7, pp. 6171–6183, Jul. 2017.

L. Sanguinetti, A. Kammoun, and M. Debbah, “Theoretical performance limits of massive MIMO with uncorrelated Rician fading channels,” to appear in IEEE Transactions on Communications, 2018.

J. Jose, A. Ashikhmin, T. L. Marzetta, and S. Vishwanath, “Pilot contamination and precoding in multi-cell TDD systems,” IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 10, no. 8, pp. 2640–2651, Aug. 2011.

E. Bjornson, J. Hoydis, and L. Sanguinetti, Massive MIMO Networks: Spectral, Energy, and Hardware Efficiency. Foundations and Trends in Signal Processing, 2017, vol. 11, no. 3-4.

3GPP TR 38.901, “Study on channel model for frequencies from 0.5 to 100 GHz,” 3GPP, Technical Report v.15.0.0, Jun. 2018.

T. S. Rappaport, S. Sun, and M. Shafi, “Investigation and comparison of 3GPP and NYUSIM channel model for 5G wireless communications,” in Proceedings of the IEEE 86th Vehicular Technology Conference (VTC-Fall), Toronto, Canada, Sep. 2017.

S. Sun, T. S. Rappaport, T. A. Thomas, A. Ghosh, H. C. Nguyen, I. Z. Kovacs, I. Rodriguez, O. Koymen, and A. Partyka, “Investigation of prediction accuracy, sensitivity, and parameter stability of large-scale propagation path loss models for 5G wireless communications,” IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 65, no. 5, pp. 2843–2860, May 2016.

Published
2018-12-27
Section
Bài báo