[發明專利]一種信道安全傳輸方法

有效

• 申請號: 201410443189.1
• 申請日: 2014-09-02
• 公開（公告）號: CN104283629B
• 公開（公告）日: 2017-07-11
• 發明（設計）人: 孔衛慶;陳智;李玲香;徐禹
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H04K3/00
• 分類號: H04K3/00;H04W52/24;H04W52/26;H04W88/04
• 代理公司: 電子科技大學專利中心51203
• 代理人: 周劉英

技術領域

本發明涉及通信技術，特別地涉及存在中繼時的物理層安全通信技術。

背景技術

隨著無線通信技術的發展，基于物理層的信息安全技術已經成為了無線通信和信息安全領域的研究熱點。有效利用無線通信系統的物理層資源，研究基于物理層資源的信息安全技術，探索能夠有效提高無線通信系統安全性的新方法，具有深遠的理論意義和實際應用價值。

無線通信的廣播特性，使得信息在傳輸過程中容易被竊聽者竊取。傳統的，在上層設計一些密碼協議來提供安全通信，但是密鑰的分配和管理需要很大的代價，而且容易受到攻擊，所以研究的重點就轉移到了物理層的安全保障問題。其主要目的是利用物理層的特性，提供安全通信。竊聽信道模型是指信源節點向合法接收節點傳輸消息的時候，受到其它節點的竊聽。最簡單的竊聽信道模型是三節點模型，即一個發送節點S，一個合法接收節點D和一個竊聽節點E，各節點配備單天線。研究證明在這種模型下，只有當S—D之間的信道條件比S—E之間的信道條件好時，合法接收節點才能獲得大于0的安全速率，因此這種三節點模型受信道條件影響較大，所以就提出了多天線模型來改善S—D之間的信道質量，同時惡化S—E之間的信道質量。但是考慮到在實際應用中，由于各節點受尺寸和成本的限制，節點無法配備多天線。這種情景下，通過配備單天線的多中繼協作可以有效獲得多天線帶來的增益。

中繼協作通信作為物理層安全技術的一項分支，在蜂窩移動網絡、無線自組織網絡、無線傳感器網絡等多種主流無線網絡中都有非常廣闊的應用前景。常見的中繼協議主要有以下幾種：

放大轉發(Amplify-and-Forward,AF)：它是最簡單的中繼協議。對于接收到的夾雜噪聲的信源信號，中繼只是簡單地將其放大并轉發給目的節點，不做其它處理。

譯碼轉發(Decode-and-Forward,DF)：中繼首先對收到的信源信號進行譯碼，然后再將譯出的信息重新編碼后發給目的節點。這樣做的目的是去除中繼節點處噪聲的影響。

協同干擾(Cooperative Jamming,CJ)：在信源傳送消息的同時，中繼各節點傳輸與信源消息獨立的加權噪聲信號來干擾竊聽節點。

近年來，利用多中繼節點協作增強物理層安全性受到了很大重視。一般地有兩種方式：一種是中繼節點協作改善S—D之間的信道質量；另一種是中繼節點采用協同干擾以干擾竊聽節點的接收信息，惡化S—E之間的信道質量。

目前關于協作中繼抗竊聽的實現方式中，通常有三種方式：

(1)各個中繼節點均采用中繼協作轉發信源信息(即AF或者DF轉發方式)；

(2)各個中繼節點均采用協同干擾(CJ)以干擾竊聽節點的接收；

(3)部分中繼節點采用中繼協作轉發信源信息，部分中繼節點采用協同干擾以干擾竊聽節點的接收。

現有研究中，僅在DF轉發方式下獲得了系統的最優安全速率，而在AF或CJ策略下，僅能確定系統的次優安全速率，因此對基于協同干擾實現中繼抗竊聽的方案，有待于進一步提高其可行的安全速率，提升系統資源的利用率。

發明內容

本發明的發明目的在于：針對上述存在的問題，提供一種每個中繼節點在協作轉發信號的同時，發送人工噪聲的傳輸方法，從而提升系統的傳輸安全速率。

本發明的信道安全傳輸方法包括下列步驟：

預處理步驟：

確定各中繼節點關于信源節點S的傳輸權重因子v和人工噪聲n_J：

步驟101：任意指定一個接收節點D，源節點S向各中繼節點廣播發送訓練序列信息，中繼節點向接收節點傳輸所接收到的訓練序列信息；

基于當前信息反饋，確定源節點S到中繼節點的信道矢量h_SR，中繼節點到接收節點的信道矢量h_RD，各中繼節點的噪聲方差接收節點的噪聲方差為

基于當前信道監測信息，確定各竊聽節點E_m的總個數M，其中m＝1,…,M；各中繼節點到竊聽節點E_m的部分信道信息以及各竊聽節點的噪聲方差

步驟102：根據公式確定竊聽節點接收信號信噪比上界τ的最大值，其中P_S表示信源節點S的發送功率P_S，P_R表示所有中繼節點的總功率；矩陣I表示單位矩陣；矩陣h＝diag{h_SR}h_RD，符號diag{·}表示關于括號中的矩陣的對角線矩陣，矩陣h^H為矩陣h的共軛轉置矩陣，