[發(fā)明專利]一種利用能量站提升物理層安全性能的通信系統(tǒng)和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610212636.1
• 申請(qǐng)日: 2016-04-07
• 公開（公告）號(hào): CN105744516B
• 公開（公告）日: 2018-10-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鐘財(cái)軍;姜鑫;張朝陽
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W12/02
• 分類號(hào): H04W12/02;H04L29/06;H04B7/06
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

本發(fā)明涉及一種利用能量站提升物理層安全性能的通信系統(tǒng)，通信系統(tǒng)包括源節(jié)點(diǎn)，合法接收節(jié)點(diǎn)，竊聽接收節(jié)點(diǎn)和能量站；能量站配置有N根天線，源節(jié)點(diǎn)配置有M根天線，合法接收節(jié)點(diǎn)和竊聽接收節(jié)點(diǎn)配置單根天線；能量站和源節(jié)點(diǎn)構(gòu)成無線能量傳輸子系統(tǒng)；源節(jié)點(diǎn)、合法接收節(jié)點(diǎn)和竊聽接收節(jié)點(diǎn)構(gòu)成無線信號(hào)傳輸子系統(tǒng)；能量站、合法接收節(jié)點(diǎn)和竊聽接收節(jié)點(diǎn)構(gòu)成無線干擾信號(hào)傳輸子系統(tǒng)；能量站設(shè)計(jì)波束賦形器w。本發(fā)明還涉及利用能量站提升物理層安全性能的方法。能量站不僅能夠作為終端為源節(jié)點(diǎn)提供能量，同時(shí)也能夠作為一個(gè)干擾源，通過發(fā)射無線干擾信號(hào)，使得無線干擾信號(hào)對(duì)竊聽接收節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生較大干擾，大幅提升系統(tǒng)的物理層安全性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，具體涉及一種利用能量站提升物理層安全性能的通信系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

隨著無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，各種無線通信設(shè)備急劇增加，隨之而來的無線通信安全性問題也日趨嚴(yán)重。傳統(tǒng)的無線通信安全機(jī)制主要是以密碼學(xué)為基礎(chǔ)的相關(guān)加密技術(shù)，但隨著計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力的迅速提升，這項(xiàng)技術(shù)的保密基礎(chǔ)變得不再牢靠，物理層安全技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

無線通信物理層安全技術(shù)從信息論的角度出發(fā)，利用物理信道的唯一性和互易性，來實(shí)現(xiàn)信息加密，辨識(shí)合法用戶等，旨在實(shí)現(xiàn)無條件安全。中國(guó)發(fā)明專利公開號(hào)(CN103986545A)公開了一種用于SIMO無線通信系統(tǒng)的物理層安全傳輸方法，首先期望接收方反向發(fā)射隨機(jī)參考信號(hào)，然后發(fā)射方使用接收到的參考信號(hào)對(duì)待傳輸符號(hào)進(jìn)行置亂后發(fā)射，最后期望接收方利用已知參考信號(hào)對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行解調(diào)以獲得發(fā)射方傳輸?shù)男畔ⅰＶ档弥赋龅氖牵摪l(fā)明專利僅公開了發(fā)射方能夠完美接收到期望接收方反向隨機(jī)參考信號(hào)的情況，沒有考慮有限信道狀態(tài)信息反饋的場(chǎng)景。

另一方面，隨著新興無線業(yè)務(wù)的不斷涌現(xiàn)，移動(dòng)通信設(shè)備的續(xù)航時(shí)間逐漸成為影響用戶體驗(yàn)的關(guān)鍵因素。在無線能量傳輸技術(shù)不斷成熟的背景下，研究人員提出了在通信網(wǎng)絡(luò)中安置固定的供電站，利用無線能量傳輸技術(shù)為網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)設(shè)備提供能量。當(dāng)前，盡管引入供電站的新型無線通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)已引起國(guó)際上的廣泛關(guān)注，但相關(guān)研究工作尚處在起步階段，對(duì)供電站的應(yīng)用僅僅局限于為移動(dòng)設(shè)備提供能量，尚未充分發(fā)掘供電站的潛能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用能量站提升物理層安全性能的通信系統(tǒng)和方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為：

一種利用能量站提升物理層安全性能的通信系統(tǒng)，所述的通信系統(tǒng)包括源節(jié)點(diǎn)，合法接收節(jié)點(diǎn)，竊聽接收節(jié)點(diǎn)和能量站；所述的能量站配置有N根天線，源節(jié)點(diǎn)配置有M根天線，合法接收節(jié)點(diǎn)和竊聽接收節(jié)點(diǎn)配置單根天線；所述的能量站和源節(jié)點(diǎn)構(gòu)成無線能量傳輸子系統(tǒng)；所述的源節(jié)點(diǎn)、合法接收節(jié)點(diǎn)和竊聽接收節(jié)點(diǎn)構(gòu)成無線信號(hào)傳輸子系統(tǒng)；所述的能量站、合法接收節(jié)點(diǎn)和竊聽接收節(jié)點(diǎn)構(gòu)成無線干擾信號(hào)傳輸子系統(tǒng)；所述的能量站設(shè)計(jì)有波束賦形器w。

上述技術(shù)方案中能量站不僅能夠作為終端為源節(jié)點(diǎn)提供能量，同時(shí)也能夠作為一個(gè)干擾源，通過發(fā)射無線干擾信號(hào)，使得無線干擾信號(hào)對(duì)竊聽接收節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生干擾。能量站設(shè)計(jì)波束賦形器w，其目的是使得無線干擾信號(hào)最大化竊聽接收節(jié)點(diǎn)的干擾能量同時(shí)最小化合法接收節(jié)點(diǎn)的干擾能量，從而提升整個(gè)通信系統(tǒng)的物理層安全性能。

作為改進(jìn)，所述的能量站基于對(duì)無線干擾信號(hào)傳輸子系統(tǒng)中的兩個(gè)干擾信道的信道狀態(tài)信息獲取程度，能量站設(shè)計(jì)相應(yīng)的波束賦形器w。

所述的通信系統(tǒng)在一個(gè)時(shí)隙T中按照時(shí)間分配因子θ分別進(jìn)行能量傳輸和信息傳輸，其中0＜θ＜1；在前θT時(shí)間內(nèi)，能量站向源節(jié)點(diǎn)傳輸無線能量；在后(1-θ)T時(shí)間內(nèi)，源節(jié)點(diǎn)向合法接收節(jié)點(diǎn)傳輸無線信號(hào)，竊聽接收節(jié)點(diǎn)對(duì)所述的無線信號(hào)進(jìn)行竊聽，同時(shí)能量站向合法接收節(jié)點(diǎn)和竊聽接收節(jié)點(diǎn)發(fā)射無線干擾信號(hào)。

作為改進(jìn)，所述的能量站設(shè)計(jì)相應(yīng)的波束賦形器w包括如下步驟：

1)能量站通過偵聽合法接收節(jié)點(diǎn)和竊聽接收節(jié)點(diǎn)的導(dǎo)頻，估計(jì)兩個(gè)干擾信道的信道狀態(tài)信息；