20162

۲۰۱۶۲

بهبود امنيت سيستم هاي انبوه آنتني اف دي دي در مقابل اخلال گر هاي فعال

كارشناسي ارشد

مخابرات سيستم

۹۵-۹۷

۱۳۹۷/۱۲/۱۳

دكتر سيد محمد رضوي زاده

برق

سيستم هاي انبوه آنتني به عنوان يكي از كليدي ترين فناوري ها براي پياده سازي نسل پنجم شبكه هاي مخابرات، مورد توجه ويژه محققان اين حوزه قرار دارند. اين سيستم ها در دو حالت TDD و FDD قابل پياده سازي هستند، اما به دليل وجود مساله سربار در فاز تخمين كانال فروسو براي مد ،FDD غالبا سيستم انبوه آنتني را در مد TDD فرض مي كنند. حال آنكه اكثر سيستم هاي نسل هاي فعلي شبكه هاي مخابراتي در مد FDD كار مي كنند و از نظر اقتصادي پياده سازي نسل پنجم بر مبناي FDD به صرفه تر است. از سوي ديگر، يكي از چالش هاي مهم در شبكه هاي نسل پنجم، بحث تامين امنيت شبكه در مقابل گره هاي مخرب است. در اين پايان نامه عملكرد سيستم هاي انبوه آنتني FDD را از منظر امنيت لايه فيزيكي بررسي خواهيم كرد. به طور خاص، آسيب پذيري عملكرد يك سيستم انبوه آنتني FDD چند كاربره در مقابل يك اخلال گر فعال چندآنتنه را با به دست آوردن طراحي هاي بهينه در سمت اخلال گر مورد تحليل قرار داده و عملكرد اين سيستم را در مقايسه با حالت TDD مقايسه مي كنيم. همچنين يك طراحي هوشمند براي اخلال در فاز تخمين كانال فروسوي سيستم انبوه آنتني مد FDD ارائه مي دهيم. سپس يك روش مقابله با اخلال پيشنهاد مي كنيم كه شامل گروه بندي كاربران بر اساس آسيب پذيري آن ها در مقابل اخلال و سپس تخصيص توان بهينه توسط ايستگاه پايه است. اين روش براي سيستم هاي انبوه آنتني در هر دو مد FDD و TDD قابل استفاده است. در آخر با شبيه سازي يك سيستم انبوه آنتني، ابتدا اثر شديد اخلال هاي هوشمند مطرح شده را بر عملكرد سيستم نشان مي دهيم. همچنين مشاهده مي شود كه در مد ،TDD شبكه نسبت به اخلال هاي پيشنهادي آسيب پذير تر از مد FDD است. سپس روش مقابله با اخلال پيشنهادي را به شبكه اعمال مي كنيم. نتايج نشان مي دهند كه حتي در حالتي كه توان اخلال گر به توان تخصيص داده شده توسط ايستگاه پايه براي يك كاربر نزديك باشد، مي توان به كمك روش مقابله با اخلال، مجموع بازدهي طيفي شبكه را تا 30 درصد بهبود بخشيد.

1397/12/19

Improving FDD Massive MIMO Systems Security against Jammers

3/3/2020 12:00:00 AM

We consider massive multiple input multiple output (MIMO) systems performance against smart jamming in Time Division Duplex (TDD) and Frequency Division Duplex (FDD) implementation modes. The jammer has multiple antennas and intends to design its attack signal to degrade the downlink spectral efficiency (SE) of user equipments (UEs) as much as possible. We show that depending on the mode of the massive MIMO system, i.e. the TDD or the FDD, the jammer can obtain different information about the channels from itself to the UEs and this results in different jamming signal designs. First, two options for the jamming design optimization problems are proposed and solved for the TDD and the FDD modes. Then, a two-step countermeasure to be adopted by the BS is proposed which includes grouping the UEs based on their jamming state and then allocating power among them. In the numerical results section, the performance of the TDD and the FDD modes of massive MIMO systems under the proposed jamming designs is evaluated and it is shown that the TDD mode can be more vulnerable against such jamming attacks. Also, the performance of the proposed countermeasure is analyzed for different scenarios of the system and the significant improvement in the SE of the UEs is illustrated.