Random Communication Systems Based on Alpha-Stable Processes

Abstract

This thesis presents alpha-stable carrier based random communication systems (RCSs) as an alternate way to perform covert transmission. The first objective is to develop an optimized model of RCS which consists of a receiver that requires less computational complexity and outperforms the previously proposed receivers. Next, in order to solve the existing synchronization issue in RCSs, the general behavior of fractional lower-order covariance method in α-stable noise environments has been evaluated to establish synchronization in RCSs. An optimized range of values for the associated parameters of α-stable carrier has also been presented to optimize the proposed synchronization method. The second objective is to establish criteria for evaluating and quantifying the security and covertness of RCSs. Therefore, the first security performance tradeoff characteristics (SPTC) have been proposed to compare the security of different RCSs. Moreover, the proposed optimized model of RCS has also been analyzed with respect to the developed security scale, i.e. SPTC. Secondly, the criterion to quantify the covertness of RCSs has also been developed to analyze the proposed RCS. Thirdly, an attack for RCS has also been proposed which highlights the potential vulnerabilities of RCSs. However, the counter-measure guidelines have been prescribed to further enhance the security of RCSs. An inverse system approach has been adopted to propose α-stable noise driven linear time invariant system based transmitter and its corresponding inverse system based receiver as a third objective. It can be considered as the most secure model for αstable noise carrier based RCS till now.

Bu tez güvenli kablosuz haberleşme sistemlerine alternatif olacak alfa kararlı (α- kararlı)taşıyıcı tabanlı rassal haberleşme (RCS) sistemi sunmaktadır.Bu nedenle ilk hedef daha önce sunulmuş alıcılara göre bit hata oranını (BER) daha iyileştirecek daha az hesapsal karmaşıklık gerektiren etkin bir alıcı içeren optimal bir (RCS) geliştirmektir. Daha sonra RCS sistemlerinde daha önce ele alınmamış senkronizasyon problemini çözümlemek için alfa-kararlı ortamlar için geliştirilmiş. Kesirli düşüķmertebeli kovaryans metodu literatürdeki ilk senkonize RCS (SRCS)’i sunmak üzere kullanılmıştır.Daha sonra bu sunulan SRCS’nin BER performansını arttırmak amacıyla alfa-kararlı gürültü taşıyıcının parametrelerinin en uygun değerleri hesaplanmıştır. İkinci hedef de RCS'nin güvenilirliğini ve gizliliğini nitelendirip değerlendirecek kriterler geliştirmek olmuştur. Bu nedenle ilk önce literatürde varolan diğer RCS modellerinin güvenlikleriyle BER performanslarını karşılaştırmak için Güvenlik Performans Tercih Karakteristikleri (STPC) sunulmuştur. Sunulan optimize edilmiş RCS bu geliştirilen güvenlik ölçüsü (STPC)ne göre analiz edilmiş ve literatürde varolan tasarımlara göre daha güvenli olduğu gösterilmiştir. Ikinci aşama olarak RCS’nin güvenilirliğini nitelendirmek için bir kriter geliştirilmiş ve sunulan optimize edilmiş RCS “istenmeyen dinleyici”açısından incelenmiştir. Üçüncü aşamada RCS’nin olası kırılganlığını sınamak için istenmeyen dinleyicinin RCS'ye saldırıları tasarlanmıştır. Bununla birlikte RCS'nin güvenirliliğini arttırmak için gizlilik aralığı ve karşı tedbir ölçüleri için bir rehber belirlenmiştir. Karşı tedbir ölçüsü rehberi geliştirdikten sonra tezde üçüncü aşama olarak alfa-kararlı gürültü ile sürülmüş doğrusal zamanla değişmeyen sisteme dayali verici ile bu doğrusal vericinin tersini alıcı olarak tasarlayan “Ters Sistem” tabanlı bir yeni RCS sunulmuştur. Bu Ters Sistem tabanlı RCS de saldırılara karşı daha az kırılgan yapısı nedeniyle varolan alfa-kararlı gürültü taşıyıcı tabanlı tüm RCS’lere göre daha güvenilir olarak düşünülmektedir.Tez içinde her aşamada yapılan benzetimlerden elde edilen sonuçlar yapılan çalışmaların kullanılabilme gücünü göstermek için sunulmuştur.