بهبود امنیت در شبکه‌های مخابرات بی‌سیم با مدولاسیون جهتی و نویز مصنوعی

مدولاسیون جهتی یک فناوری در حال ظهور برای امنیت مخابرات بی‌سیم در لایه فیزیکی است و بیشتر در کانال‌های انتشار دید مستقیم مانند ارتباطات موج میلی‌متری، شبکه‌های سلولار نسل آینده، ماهواره و رادار کاربرد دارد. این تکنولوژی اطمینان‌بخش برخلاف روش‌های رمزنگاری مبتنی بر کلید، سیگنال‌های اطلاعاتی را بدون نیاز به کلید قفل می‌نماید. اطلاعات قفل شده تنها توسط گیرنده یا گیرنده‌های مجاز و شناخته شده برای فرستنده، قابل بازیابی است. این فناوری به روش‌های مختلفی قابل پیاده‌سازی است. در روش آرایه فازی، پیاده‌سازی مدولاسیون در آنتن انجام می‌شود. در این روش با تغییر فاز هر آنتن‌ آرایه، مدولاسیون وابسته به زاویه انتشار می‌شود و به‌همین دلیل صورت فلکی سیگنال در جهت غیر‌مجاز دچار اعوجاج و از حالت استاندارد خارج می‌گردد. در این مقاله با استفاده از روش بردار متعامد و جداسازی الگوی تشعشعی اطلاعات و الگوی تداخل (نویز مصنوعی تصادفی)، ضمن اجرای مدولاسیون جهتی در باند پایه، روش جدیدی برای ارسال هم‌زمان چندین سیگنال با مدولاسیون جهتی همراه با نویز مصنوعی تصادفی ارائه شده است به‌طوری‌که احتمال خطای بیت در جهت گیرنده‌های مجاز از 3 ^10 به 5 ^10 بهبود یافته است و نرخ محرمانگی سیگنال نیز حداقل یک بیت بر ثانیه بر هرتز (واحد پهنای باند) افزایش یافته است. نتایج شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهد که افزایش تعداد آنتن‌های فرستنده باعث افزایش نرخ محرمانگی و کاهش میزان اختصاص توان به نویز مصنوعی و در‌نتیجه باعث افزایش کارایی توان فرستنده می‌گردد.

improvement of security in wireless communication networks with directional modulation and artificial noise

directional modulation(dm) is an emerging technology for securing wireless communication at the physical layer and is mostly used in the line of sight propagation channels such as millimeter wave communications, next generation cellular, satellite, and radar networks. this promising technology, unlike key based cryptographic methods and the key based physical layer security approaches, locks information signals without any requirement of keys. the locked information can only be fully recovered by the legitimate receiver(s) priory known by dm transmitters. this technology can be implemented in different ways. in the phased array method, modulation is implemented in the antenna. in this method by changing the phase of each element, the angle dependent modulation is constructed. for this reason, the modulation constellation points in the undesired directions are distorted and deviate from the standard mode.in this article, dm is implemented in the baseband by using the orthogonal vector method and separating the information radiation pattern from the interference radiation pattern (random artificial noise). this is a new method for simultaneously sending several signals with dm and random artificial noise. in this method, the bit error rate (ber) probability in the direction of the legitimate receiver(s) is improved from 10^( 3) to 10^( 5) and at least the signal secrecy rate is also increased one bit per second per hertz (bandwidth unit). also, the results of the simulations show that as the number of antennas increases, the secrecy rate increases, the amount of power allocated to artificial noise decreases, and the power efficiency of the transmitter increases.