[發明專利]不可信中繼系統中基于非聯合人工噪聲的信息安全傳輸方法

有效

• 申請號: 201610595711.7
• 申請日: 2016-07-26
• 公開（公告）號: CN106230476B
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發明（設計）人: 杜清河;盧楠;孫黎;任品毅
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H04B1/7105
• 分類號: H04B1/7105
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 閔岳峰

技術領域：

本發明屬于無線通信技術領域，具體涉及不可信中繼系統中基于非聯合人工噪聲的信息安全傳輸方法。

背景技術：

為了滿足人們對預先通信業務不斷增長的需要，下一代無線通信系統需要提供更高的傳輸速率和更可靠的傳輸性能。另一方面，未來無線通信網絡將是一個支持多種無線通信系統的異構通信網絡，利用增設基站的方法來提高無線通信網絡的覆蓋率將會大大提高無線通信的成本。多天線系統由于能夠顯著提升系統的傳輸性能和頻譜效率，已經受到廣泛關注。但是，移動終端的體積和功率限制大大制約了多天線系統的應用。協作通信已經成為近年來移動通信領域的研究熱點，它將成為未來移動通信系統提高頻譜效率的關鍵技術之一。協作通信系統的核心思想是利用無線網絡中的多個節點之間相互協作，實現傳輸路徑共享，。從而提高無線網絡的吞吐量。這樣可以在提高系統頻譜效率的同時，有效降低增加基站所帶來的大量成本。但是中繼系統中的轉發節點并不都是安全可靠的，也可能在轉發信息的同時獲取傳輸信息的內容，成為無線網絡中的竊聽者。因此，不可信中繼系統的安全傳輸問題已受到學術界和工業界的普遍關注。

作為對傳統加密技術的一種補充,物理層安全技術成為一種新的研究方向。在發送信號中添加人工噪聲的方式是一種衰落竊聽信道下實現保密通信的有效方法。在不可信中繼系統中，人工噪聲成為一種重要的保障安全傳輸的技術手段。非聯合噪聲指發送信號和人工噪聲沒有聯合設計，在接收節點所收到的一個信號中不能將人工噪聲和發送信號分離。

發明內容：

本發明的目的是為了建立不可信中繼節點的誤碼平臺，提供了一種不可信中繼系統中基于非聯合噪聲的安全傳輸方法。通過干擾節點發送人工噪聲并利用接收節點的信號空間維度高于轉發節點的特性，該傳輸方法能夠使不可信轉發節點產生誤碼平臺并且誤碼率持續高于接收節點，從而保障協作通信的安全性。

為達到上述目的，本發明采用如下的技術方案予以實現：

不可信中繼系統中基于非聯合人工噪聲的信息安全傳輸方法，該不可信中繼系統包括一個發送結點A、一個中繼節點B、一個接收節點C和一個干擾節點D，所有節點都配置單副天線，且工作于半雙工模式，該方法包括以下步驟：

1)第一個階段，發送節點A和干擾節點D同時分別發送有用信號和人工噪聲，人工噪聲為高斯白噪聲，中繼節點B、接收節點C都接收到來自發送節點A、干擾節點D的信號，此時作為不可信任的中繼節點B有可能對將要轉發的信號進行破解；

2)第二個階段，中繼節點B將第一個階段收到的信號，采用放大轉發的方式轉發給接收節點C，接收節點C將第一個階段和第二個階段接收到的兩個信號進行聯合判決，獲取發送節點A所發送的信息；其中，本階段接收節點C采用三種信號檢測方式：迫零檢測、最小均方誤差檢測或者最大似然檢測。

本發明進一步的改進在于，步驟1)中，干擾節點D發射的人工噪聲會同時干擾轉發節點B、接收節點C對于信號的接收，也就是節點B、C在第一階段的接收信號滿足下式：

式中：x表示發送節點A發出的信號，y_1B、y_1C表示中繼節點B、C在第一階段收到的信號，n_D表示干擾節點D發出具有單位能量的復高斯白噪聲，x、n_D均具有單位能量且n_D～CN(0,1)，CN(μ,σ₀²)表示均值為μ、方差為σ₀²的循環對稱復高斯分布，n_1B、n_1C表示節點B、C處的加性復高斯白噪聲且n_1B～CN(0,σ²)、n_1C～CN(0,σ²)，n′～CN(0,P|h_DC|²+σ²)，h_ij表示節點i和節點j之間的信道系數，P表示發送節點和干擾節點的發射功率。

本發明進一步的改進在于，發送結點A、中繼節點B、接收節點C和干擾節點D都配置單副天線，且干擾節點D發射的人工噪聲不存在于信道系數矩陣的零空間上。

本發明進一步的改進在于，步驟2)中，第二階段，中繼節點B將自己在第一階段收到的信號采用放大轉發的方式轉發給接收節點C，如下：

y_2C＝βh_BCy_1B+n_2C(3)