[發明專利]基于星座旋轉的準正交空時分組碼的物理層安全傳輸方法

在審

• 申請號: 201810315494.0
• 申請日: 2018-04-10
• 公開（公告）號: CN108494463A
• 公開（公告）日: 2018-09-04
• 發明（設計）人: 高明;張宇;葛建華;齊冉;林少興;劉剛
• 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;H04L1/00
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華

1.基于星座旋轉的準正交空時分組碼的物理層安全傳輸方法，包括：

(1)源節點S在發送端生成復合信號并發送：

(1a)源節點S采用四維星座旋轉的準正交空時分組碼對待發送信息進行空時編碼；

(1b)源節點S獲得目的節點D反饋回來的信道狀態信息h，利用奇異值分解，計算出h零空間的一個正交基Z_k，并取獨立同分布的復高斯隨機變量v_k，構造出服從高斯分布的人工噪聲矩陣：w_k＝Z_kv_k；

(1c)源節點S根據(1a)和(1b)的結果生成復合信號，即該復合信號由采用星座旋轉的QOSTBC編碼后的信號和在主信道零空間內傳輸的人工噪聲矩陣兩部分構成，并將該復合信號發送出去；

(2)目的節點D在接收端對接收信號進行處理，得到解調信號：

(2a)目的節點D接收復合信號，并利用零空間人工噪聲的特性消除接收信號中的人工噪聲；

(2b)目的節點D對接收信號進行譯碼：

(2b1)目的節點D對接收端與發送端的線性關系進行等效變換，得到接收端的等效形式，構造基于星座旋轉的QOSTBC系統的等效信道矩陣H；

(2b2)計算出等效信道矩陣H的偽逆H⁺，并將接收信號的列向量左乘等效信道矩陣的偽逆矩陣H⁺，得到譯碼信號；

(2c)目的節點D對譯碼信號進行解調，得到解調信號。

2.根據權利要求書1所述的方法，其中步驟(1a)中源節點S對待發送信息進行編碼，其實現如下：

(1a1)構造出兩個Alamouti碼的碼字結構模塊A₁₂和A₃₄，

其中，A₁₂表示采用Alamouti碼對第一待發送信息s₁、第二待發送信息s₂進行空時編碼得到的碼字結構模塊，A₃₄表示采用Alamouti碼對第三待發送信息s₃、第四待發送信息s₄進行空時編碼得到的碼字結構模塊；

(1a2)利用上述兩個編碼子模塊A₁₂和A₃₄構造準正交空時碼，得到碼字矩陣：

(1a3)對生成的準正交空時碼中的s₁和s₂采用未旋轉星座進行調制，對s₃和s₄采用旋轉星座進行調制，得到的四維星座旋轉的準正交空時分組碼的矩陣為：

其中，符號θ表示星座旋轉角度，符號*表示對信號進行復共軛運算，字母j表示虛數單位。

3.根據權利要求書1所述的方法，其中步驟(1b)中計算出h零空間的一個正交基Z_k，其實現如下：

將h的秩記為L＝rank(h)，發射天線數記為N_T；

對h進行奇異值分解，得到：

h＝US[V⁽¹⁾ V⁽⁰⁾]^H

其中，U表示左奇異矩陣，S表示對角矩陣，V⁽¹⁾表示前L個右奇異向量，V⁽⁰⁾包含h的后N_T-L個右奇異向量，“H”表示共軛轉置運算；

用V⁽⁰⁾的列構成h零空間的一個正交基，即Z_k＝V⁽⁰⁾。

4.根據權利要求書1所述的方法，其中步驟(2b1)中構造基于星座旋轉的QOSTBC系統的等效信道矩陣H，其實現如下：

首先，由目的節點D接收信號：y＝x_kh+n_k，其中，y表示接收信號，x_k表示發送的復合信號，n_k表示加性噪聲信號；

接著，將復合信號的構成公式x_k＝s_k+w_k代入y＝x_kh+n_k中，得到y＝(s_k+w_k)h+n_k；

再根據人工噪聲信號位于主信道零空間，即滿足w_kh＝0的特性，將目的節點D的接收信號簡化為y＝s_kh+n_k，并將其展開為如下的對應矩陣形式：

其中，為接收矩陣，“*”表示復共軛運算；

為對待發送信息進行空時編碼后的編碼矩陣，

為信道矩陣；

為加性噪聲，其服從分布，即為復高斯白噪聲；

然后，對接收端與發送端的線性關系進行等效變換，得到等效形式：Y＝Hs+n，其中，為等效接收矩陣，

為等效信道矩陣，

s＝[s₁ s₂ s₃ s₄]^T為待發送的信息矩陣，

為等效噪聲矩陣，

“T”表示轉置運算。