[發明專利]一種可實現物理層安全傳輸的波束成型方法

有效

• 申請號: 201611186099.4
• 申請日: 2016-12-21
• 公開（公告）號: CN106712823B
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 高洋;葛建華;高宏偉;高明;劉剛;李毅;張南
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04B7/06
• 分類號: H04B7/06;H04B7/08;H04L27/34
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪

本發明公開了一種可實現物理層安全傳輸的波束成型方法，根據網絡規劃的要求，為源節點S分配K個中繼節點；源節點S分別估計S→D鏈路和S→R_k鏈路的信道衰落矢量；源節點S根據S→R_k鏈路的信道增益選擇一個最佳的中繼節點R^*；源節點S對發送的比特信息進行星座映射；源節點S對發送信號進行波束成型并向中繼節點R^*和目的節點D廣播；中繼節點R^*將接收信號進行放大并轉發至目的節點D；目的節點D對源節點S和中繼節點R^*發送的信號進行合并檢測和判決。本發明提出的波束成型方案可以實現源節點和目的節點之間的信息不被中繼節點竊取的前提下，獲得中繼節點參與協作轉發帶來的空間分集增益，從而提升目的節點接收檢測的誤比特率性能。

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，尤其涉及一種可實現物理層安全傳輸的波束成型方法。

背景技術

目前，無線信道的開放性、通信的廣播特性、終端的移動性、網絡拓撲結構的多樣性及無線傳輸的不穩定性等因素使得移動通信網絡面臨者更多的安全威脅，比如竊聽和假冒。傳統通信系統的安全機制是建立在物理層之上，并且假設物理層能夠提供一條無差錯的數據傳輸鏈路，通過合法用戶之間的密鑰共享來實現保密通信。然而目前大量出現的分布式通信系統，如移動Ad-hoc網絡、用戶直連通信系統，由于其成本低、功能簡單，使得傳統的加密技術無法實施。因此，建立物理層的安全機制，利用物理層的編碼、調制和傳輸設計來保證信息傳輸的安全性已得到研究人員的廣泛關注。協作通信技術作為一種多天線技術的擴展，目前已成為4G移動通信系統的關鍵技術之一，并且已經在LTE規范第8版本得到了實際的部署。協作通信技術的核心思想是利用中繼節點的協作傳輸，在源節點和目的節點之間引入多條傳輸路徑，從而有效抵抗無線信道的衰落，提高通信系統的頻譜利用率。協作通信系統的信號傳輸通常分為兩個階段：在廣播階段，源節點將信號廣播至中繼節點和目的節點；在協作階段，中繼節點按照一定的中繼協議對接收信號進行再處理，然后轉發至目的節點。目前，中繼節點采用中繼協議主要包括，放大轉發協議、譯碼轉發協議等等。由于協作通信系統通常是一個分布式的通信系統，參與協作通信的各個節點有可能具有不同的安全級別，這就會導致中繼節點在轉發源節點的機密信息時會造成機密信息的泄露。所以，針對協作通信系統中如何實現物理層的安全傳輸成為一個急需解決的問題。目前，針對該問題現有的研究成果主要是從信息論的角度出發，利用人工加噪，協作干擾等技術設計源節點和目的節點之間的安全傳輸策略，具體可參考文獻S.Goel and R.Negi,“Guaranteeingsecrecy using artificial noise,”IEEE Trans.Wireless Commun.,vol.7,no.6,pp.2180–2189,June 2008.和文獻J.Huang,A.Mukherjee,and A.L.Swindlehurst,“Securecommunication via an untrusted non-regenerative relay in fading channels,”IEEE Trans.Signal Process.,vol.61,no.5,pp.2536–2550,May 2013等。不過我們需要指出，上述這些方法都是建立在信息論理想假設的基礎之上，即要求源節點的輸入信號服從連續分布，比如高斯分布，同時要求源節點的信道編碼為碼長足夠長的“好碼”。然而實際的協作通信系統通常無法滿足上述理想假設，因為源節點的輸入信號往往是離散信號而不是連續信號，而且源節點的信道編碼長度通常也非常有限，所以，當協作通信系統采用現有的物理層安全傳輸方案時，目的節點接收檢測的誤比特率(BER)性能往往會比較差。

綜上所述，現有的物理層安全傳輸方案中目的節點接收檢測的BER性能比較差。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可實現物理層安全傳輸的波束成型方法，旨在解決現有的物理層安全傳輸方案中目的節點接收檢測的BER性能比較差的問題。