Wireless communication systems have evolved into various types of networks such as Long-Term Evolution (LTE) in cellular networks and Wi-Fi in wireless local area networks (WLAN) over the past decades. Wireless communications now become one of the most important factors and inevitable part of our daily life. Moreover, as the wireless communication techniques have been broadly utilized for our convenient life, wireless security threats have increased.
Recently, physical layer security has attracted much attention in wireless communications since it guarantees the information-theoretic security against eavesdropping attacks. Although a lot of topics related to physical layer security have been investigated, issues in multiuser environments have been relatively less highlighted than those in single-user networks since the multiuser environment requires additional user scheduling process and it makes problems more complicated. In addition, there is still a significant gap between theoretical and practical perspectives on wireless security. Thus, it would be an important and challenging research topic to study wireless security issues from theory to practice. In this dissertation, we investigate wireless security enhancements in multiple access systems based on the notion of information-theoretic security such as multiuser diversity, artificial noise and multiple antenna techniques, and apply them to protect each user's physical layer identity against an implementable attack in a practical cellular system.
무선통신 시스템은 지난 수십 년 동안 셀룰러 네트워크의 엘티이 및 무선 랜의 와이파이와 같은 다양한 형태로 발전해 왔으며, 우리의 일상생활에서 빠질 수 없는 가장 중요한 요소 중 하나가 되었다. 이와 함께 무선통신 장치의 수는 급격히 증가하였으며 무선통신의 편리성만큼 무선보안의 중요성 역시 부각되고 있다. 이에 따라 최근 정보이론에 기초한 물리계층 보안이 무선통신 분야에서 크게 주목을 받고 있다. 물리계층 보안과 관련하여 비밀 빔 형성, 인공 잡음, 비밀 다양성 등을 포함한 다양한 주제가 연구되고 있다. 그러나 물리계층 보안과 실제 시스템 보안 사이에는 여전히 상당한 격차가 존재한다. 따라서 무선보안 문제를 이론적인 관점에서뿐만 아니라 실제 시스템에 적용하여 연구하는 것은 흥미롭고도 도전적인 연구 주제가 될 것이다. 본 박사학위 논문에서는 비밀 다중 사용자 다양성, 인공 잡음 및 다중 안테나 기술과 같은 정보 이론적 보안의 개념을 사용하여 다중 접속 시스템에서 무선보안을 향상시키는 방안에 대하여 연구한다. 또한, 이 기술들을 실제 셀룰러 시스템에서의 공격 모델에 대한 방어 기법으로 사용할 수 있는 방안을 수학적으로 분석하고 논의한다.
