| 講演名 | 2018-02-28 MIMO-OFDM通信におけるランダム位相を用いた物理層暗号方式とそのセキュリティレート解析 米田 毅(東工大), 府川 和彦(東工大), 張 裕淵(東工大), |
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| 抄録(和) | MISO (Multiple-Input Single-Output) 無線通信の物理層セキュリティ方式として，AN (Artificial Noise) やAFF (Artificial Fast Fading) が知られているが，CSI (Channel State Information) 既知の条件下で，ANは希望信号とともに人工雑音を送信し，AFFは電力を考慮せず送信信号にランダムな重みを乗算することで盗聴者の伝送品質を劣化させる技術である．しかしながら，これらの手法は送信電力が大幅に増加するという問題があった．この問題を解決するため，ANを送信せず各送信信号の位相をランダムに変動させ，正規受信者においては正しく希望信号を受信でき，かつ送信電力が最小となるように各送信信号の振幅を制御するRP (Random Phase) を提案した．本報告ではRP方式をMISOからMIMO (Multiple-Input Multiple-Output) 通信へ拡張する．さらに，盗聴者がブラインド・チャネル推定を行うことを前提に，従来手法と提案手法の秘密率 (Security Rate) を解析的に求める．計算機シミュレーションにより，マルチパス・レイリーフェージング条件でOFDMのサブキャリア変調方式が16QAMの場合に，ANやAFFに較べ，提案手法は送信電力を削減しつつ秘密率を大幅に改善できることを明らかにする． |
| 抄録(英) | As conventional physical layer security schemes for multiple-input single-output (MISO) wireless communications, the artificial noise (AN) and artificial fast fading (AFF) schemes assume that channel state information (CSI) is known to transmitters. To prevent eavesdroppers from receiving desired signals that legitimate users should correctly receive, the AN scheme transmits AN in addition to the desired signals while the AFF scheme does not consider transmit power levels and multiplies transmit signals by random weights. The AN and random weights can deteriorate transmission performance of the eavesdroppers. However, the AN and AFF schemes have a major drawback that they require a large amount of transmit power. To cope with such a problem, the proposed scheme called the random phase (RP) avoids transmitting AN. Instead of AN, RP randomly changesphases of the transmit signals, and controls amplitudes of the transmit signals so that the transmit power canbe minimized under the constraint that the legitimate user should correctly receive the desired signals. This report extends RP from MISO to multiple-input multiple-output (MIMO) communications, and analyzes security rates of the conventional and proposed schemes on the assumption that the eavesdropper performs blind estimation of the equivalent channel frequency response matrix. Then, we conduct computer simulations of MIMO-OFDM under multipath fading conditions with OFDM subcarrier modulation being 16QAM. It is demonstrated that the proposed scheme can degradebit error rates (BERs) of the eavesdropper and can improve the secrecy rate more than the AN and AFF schemes while reducingthe transmit power more drastically. |
| キーワード(和) | MIMO-OFDM無線通信 / 物理層セキュリティ / ランダム位相 / 秘密率 / 送信電力 |
| キーワード(英) | MIMO-OFDM wireless communications / physical layer security / random phase / security rate / transmit power |
| 資料番号 | RCS2017-327 |
| 発行日 | 2018-02-21 (RCS) |
| 研究会情報 | |
| 研究会 | RCS / SR / SRW |
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| 開催期間 | 2018/2/28(から3日開催) |
| 開催地（和） | YRP 横須賀リサーチパーク |
| 開催地（英） | YRP |
| テーマ（和） | 移動通信ワークショップ |
| テーマ（英） | Mobile Communication Workshop |
| 委員長氏名（和） | 村田 英一(京大) / 梅林 健太(東京農工大) / 中川 匡夫(鳥取大) |
| 委員長氏名（英） | Hidekazu Murata(Kyoto Univ.) / Kenta Umebayashi(Tokyo Univ. of Agric. and Tech.) / Tadao Nakagawa(Tottori Univ.) |
| 副委員長氏名（和） | 眞田 幸俊(慶大) / 福田 英輔(富士通研) / 須山 聡(NTTドコモ) / 有吉 正行(NEC) / 亀田 卓(東北大) / 田野 哲(岡山大) / 濱湊 真(富士通研) |
| 副委員長氏名（英） | Yukitoshi Sanada(Keio Univ.) / Eisuke Fukuda(Fujitsu Labs.) / Satoshi Suyama(NTT DoCoMo) / Masayuki Ariyoshi(NEC) / Suguru Kameda(Tohoku Univ.) / Satoshi Denno(Okayama Univ.) / Makoto Hamaminato(Fujitsu labs.) |
| 幹事氏名（和） | 旦代 智哉(東芝) / 西村 寿彦(北大) / 石津 健太郎(NICT) / 矢野 一人(ATR) / 沢田 浩和(NICT) / 水谷 圭一(京大) |
| 幹事氏名（英） | Tomoya Tandai(Toshiba) / Toshihiko Nishimura(Hokkaido Univ.) / Kentaro Ishidu(NICT) / Kazuto Yano(ATR) / Hirokazu Sawada(NICT) / Keiichi Mizutani(Kyoto Univ.) |
| 幹事補佐氏名（和） | 山本 哲矢(パナソニック) / 石原 浩一(NTT) / 村岡 一志(NEC) / 衣斐 信介(阪大) / 西本 浩(三菱電機) / 稲森 真美子(東海大) / 芝 宏礼(NTT) / Gia Khanh Tran(東工大) / 成枝 秀介(明石高専) / 斎藤 健太郎(東工大) / 山内 宏真(富士通研) |
| 幹事補佐氏名（英） | Tetsuya Yamamoto(Panasonic) / Koichi Ishihara(NTT) / Kazushi Muraoka(NEC) / Shinsuke Ibi(Osaka Univ.) / Hiroshi Nishimoto(Mitsubishi Electric) / Mamiko Inamori(Tokai Univ.) / Hiroyuki Shiba(NTT) / Gia Khanh Tran(Tokyo Inst. of Tech.) / Syusuke Narieda(NIT, Akashi College) / Kentaro Saito(Tokyo Inst. of Tech.) / Hiromasa Yamauchi(Fujitsu labs.) |
| 講演論文情報詳細 | |
| 申込み研究会 | Technical Committee on Radio Communication Systems / Technical Committee on Smart Radio / Technical Committee on Short Range Wireless Communications |
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| 本文の言語 | JPN |
| タイトル（和） | MIMO-OFDM通信におけるランダム位相を用いた物理層暗号方式とそのセキュリティレート解析 |
| サブタイトル（和） | |
| タイトル（英） | Wireless Physical Layer Security Schemes Using Random Phases for MIMO-OFDM Communications and Its Security Rate Analysis |
| サブタイトル（和） | |
| キーワード(1)（和/英） | MIMO-OFDM無線通信 / MIMO-OFDM wireless communications |
| キーワード(2)（和/英） | 物理層セキュリティ / physical layer security |
| キーワード(3)（和/英） | ランダム位相 / random phase |
| キーワード(4)（和/英） | 秘密率 / security rate |
| キーワード(5)（和/英） | 送信電力 / transmit power |
| 第 1 著者 氏名（和/英） | 米田 毅 / Tsuyoshi Yoneda |
| 第 1 著者 所属（和/英） | 東京工業大学(略称：東工大) Tokyo Institute of Technology(略称：Tokyo Tech) |
| 第 2 著者 氏名（和/英） | 府川 和彦 / Kazuhiko Fukawa |
| 第 2 著者 所属（和/英） | 東京工業大学(略称：東工大) Tokyo Institute of Technology(略称：Tokyo Tech) |
| 第 3 著者 氏名（和/英） | 張 裕淵 / Yuyuan Chang |
| 第 3 著者 所属（和/英） | 東京工業大学(略称：東工大) Tokyo Institute of Technology(略称：Tokyo Tech) |
| 発表年月日 | 2018-02-28 |
| 資料番号 | RCS2017-327 |
| 巻番号（vol） | vol.117 |
| 号番号（no） | RCS-456 |
| ページ範囲 | pp.57-62(RCS), |
| ページ数 | 6 |
| 発行日 | 2018-02-21 (RCS) |