無線通信調制信號的信息安全風險解析

田安航

（展訊通信（天津）有限公司 天津 300000）

無線通信調制信號的信息安全風險解析

田安航

（展訊通信（天津）有限公司 天津 300000）

對于無線通信而言，不僅深入到人們的生活，同時也在一定程度上深入到人們工作的方方面面，所以對其安全性問題必須給與高度的重視，現階段無線通信系統比較缺乏物理層面的防護措施，攻擊者可以使用盲信號處理技術對信號的重要信心進行恢復，這樣進一步導致合法通信遭受相對來說比較大威脅。本文主要對無線通信調制信號的信息安全風險進行分析，進而提出以下內容。

無線通信；信息安全；探究

引言

由于無線物理信道的開放性為攻擊者的竊密提供相對來說比較大的便利，攻擊者在對這些調制信號進行截獲后，都活對信道均衡以及調制識別等盲信號處理技術進行利用，只有這樣才能推測用戶的身份，甚至破譯截獲信號所承載的明文信息，讓合法用戶的通信安全遭受到巨大威脅。

1 無線通信調制信號的信息安全風險分析

對于無線通信系統而言，無線通信鏈路具有一定的開放性，并且承載著相對來說比較重要的信息無線調制信號幾乎完全都暴露在自由的電磁空間中，這樣進一步導致無線通信存在著比較大的安全風險：①任何人都可以對接收設備截獲自由空間中的信號進行利用，對于無線通信鏈路自身所具有的開放性圍攻記者竊密提供一定的便利；②現階段由于無線通信系統缺乏物理層安全保護措施，但信道均衡以及調制識別等相關一系列的盲信號在處理過程中的技術比較成熟，即使在沒有任何關于發送信號的先驗知識的狀況下，攻擊者可以對相關技術進行利用，還是能夠得到截獲調制信號的重要信息，進一步實現對信號的調節譯碼。

在對無線通信調制信號的信息安全風險進行研究的過程中，充分的考慮到信息的瞬時特征直接承載著發送的基帶信號信息，信號的星座圖完整以及更為清晰對數字調制的映射關系進行表達，并且多調制識別方法都是對這些特征進行研究的，為了有效的對無線通信調制信號存在的信息安全風險問題進行驗證，探究如何在實際非協作通信中對調制信號的重要信息進行恢復，這不僅包括瞬時幅度，同時也在一定程度上包括瞬時頻率以及信號的星座圖等。

在使勁進行應用的過程中，對頻譜分析儀等相關一些接收儀器進行充分的利用，不僅可以對一定頻譜帶寬信號進行監測，同時還可以人工的近似估計感興趣頻段信號的中心頻率，只有這樣才能對信號實施正交下變頻采集得到I路以及Q路基帶信號，由于缺少著一定的先驗經驗和硬件設備精度限制，有效的估計出中線；頻率和發送信號的載波頻率存在偏差。所以非協作環境下基帶信號的幅度在一定程度上可以進行恢復的。

對于接收信號而言，其瞬時相為φY（t）和基帶信號瞬時相為φ1（t）對下述關系進行滿足：

在公式（1）中可以進一步的看出，載波頻偏的存在為接收信號的瞬時相為φY（t）充分的引入到線性相為分量2π△ft，所以得到的接收信號相位后需要對該現象相位分量進行去除，只有這樣才能在一定程度上得到基帶信號的瞬時相位。

由公式（1）可知，由于存在著載頻偏差，瞬時相位的絕對大小都會在一定程度上由于采樣的時間增大，如果相位真值小于0，或者是等于2π時，可以按照公式（2）計算相位φ（t）是相位真值φy（t）模2π后的結果，所以會進一步造成相位卷疊。

在這里使用相位φ（t）加上校正相位分量Ck（t）的去卷疊算法，具體算法如（3）所示：

其中，Pth主要是為卷疊門限，Ck（0）=0則是為去卷疊之后的相位，（t）則是為：

經過分析之后可以得出，去卷疊之后的相位存在著一個因為載頻偏差引起的線性相位分量，去除該分量之后可以得到基帶信號的相位（t），其信號的載頻偏差相對來說比較小，通常情況下能夠滿足△fT＜0.2，T主要是作為發送符號的傳輸率，針對于不同的調制技術特點來說，現如今較為常用的載頻偏差骨架方法是存在著非線性換法以及最小均方程差法。估計出在偏差△φ贊后既可以去除線性相位分量，從而得到基帶信號的瞬時相位，如下所示：

通過對上述公式進行結合，并不需要任何先進的知識便可以估算出基帶信號的瞬時相位。瞬時頻率的概念主要是經過Garson等人在1937年首次在電路理論當中所提出，指出瞬時頻率是傳統頻率的一般比，同時也是相位角對于時間的變化率，在1946年Gabor給出了經典的解析信號定義，為研究瞬時頻率從而提出了理論的基礎，目前較為常見的瞬時頻率估計方法主要是由相位法以及譜峰檢測的方法以及零點法等。

通過上述分析，因為缺少對物理層調制過程中的重要信息安全防護措施，就算是沒有任何先進的知識非協作通信的情況下，信號的重要信息依然是可以被恢復過來，從而使其通信存在著極大的安全隱患。

2 關于仿真以及分析

針對于無線通信調制信號來說，其信息的安全風險進行定性的分析，本文選擇數字移動通信、衛星通信以及蜂窩集群通信等無線通信領域當中較為常用的GMSK（Gaussian filtered minimun shifk keying），QPSK（quadrature phase shift keying），16QAM（16quadrature amplitude modulation）信號進行仿真的分析，所有的仿真實驗全部假設為非協調作通信環境，沒有用到任何的經驗知識，其中噪聲主要是為加性高斯白噪音，觀察碼元個數為N，采樣的周期Ts=1/1600s，碼元周期T=1/200s，載頻偏差△fT=0.1。

針對于GMSK信號來說，成型濾波器主要是為高斯濾波器，其中濾波器的3dB帶寬以及符號碼元濁氣的成績主要是為0.5，GMSK信號的2個基帶載頻分別是為f1=1/（4T）=50Hz，f2=-1（4T）=-50Hz，考慮到GMSK信號調整特征是瞬時頻率，所以本文根據瞬時頻率的估計效果對其存在著的信息安全風險進行定性的分析。

通過上述分析，如果在沒有任何先驗信息的過程中，在一定信噪比以及觀察碼元個數情況下，對信號的基本瞬時特征進行常規有效的調制，同時也要調制星座圖等相對來說比較重要的信息能被恢復出來，在對通信信號調制方式識別以及碼元同步等技術進行有效的結合，進一步對接收信號進行盲解調，讓合法通信遭受安全威脅。

調制方式加密技術是現階段新出現的一種物理層加密技術，對于這種加密技術而言，其基本的思想就是在基帶教學調制的過程中對信息比特反映星座符號的形式進行有效的加密，并且通過對星座圖的結構進行相應的改變，例如：旋轉以及引入極化狀態調制等，這樣不僅對調制過程中的關鍵信息進行防護，同時還能實現對關鍵信息的隱藏，讓攻擊者不能對其進行正確的解調。

3 總結

綜上所述，無線通信調制信號的信息安全風險進行定性分析的過程中，也對其風險進行評估，由于無線通信鏈路的開放性以及調制信號重要信息防護技術的應用相對來說比較缺乏，在接收信噪比較高時，不僅能夠得到完整的信號特征，同時也能得到較為清晰的信號特征，這樣就會在一定程度上導致通信安全遭受到比較大的威脅，所以，無線通信系統中，對物理層上的信號調制過程中進行安全防護是十分必要的。

[1]孟玉靜.我國新型農業經營體系構建路徑研究[D].西南財經大學，2014，12（05）：145～147.

[2]任謙.基于軟件無線電的調制方式自動識別[D].北京工業大學，2013，14（08）：167～169.

[3]張愛華.粒子群優化算法在通信信號調制模式識別中的應用[D].武漢科技大學，2013，15（08）：134～135.

[4]劉歡.基于循環平穩理論的數字調制信號識別研究[D].蘭州理工大學，2014，14（05）：123～127.

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1004-7344（2016）23-0266-02

2016-7-23