[發(fā)明專利]大規(guī)模天線陣中基于人工噪聲的竊聽編碼方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810353004.6
• 申請日: 2018-04-19
• 公開（公告）號: CN109728865B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發(fā)明（設計）人: 姚培源;吳蒙
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H04L25/02
• 分類號: H04L25/02;H04B17/336;H04B17/382;H04K3/00
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 姚姣陽

一種大規(guī)模天線陣中基于人工噪聲的竊聽編碼方法，包括如下步驟，發(fā)送者與接受者和竊聽者之間建立主信道與竊聽信道；根據(jù)信道估計獲取主信道CSI以及主信道和竊聽信道的發(fā)射信噪比；根據(jù)發(fā)射信噪比計算出對應的信噪比的累計分布函數(shù)；根據(jù)累計分布函數(shù)計算出安全吞吐量和安全中斷概率的函數(shù)，證明對于任意的功率分配因子，都存在唯一的冗余速率使安全吞吐量達到最優(yōu)；通過黃金分割搜索法獲取最優(yōu)的冗余速率和分配因子。并通過安全吞吐量的函數(shù)求得最大的安全吞吐量。利用數(shù)學公式推導出安全吞吐量與冗余速率以及功率分配因子的關系，在安全中斷概率的約束下，利用黃金分割搜索法求出最優(yōu)的冗余速率以及功率分配因子，進而使得安全吞吐量達到最大。

技術領域

本發(fā)明屬于無線通信技術領域，具體涉及一種大規(guī)模天線陣中基于人工噪聲的竊聽編碼方法。

背景技術

無線通信的流量經(jīng)歷了前所未有的增長，預計將從2016年到2021年以47％的復合年增長率(CAGR)增長，到2020年，每月全球移動數(shù)據(jù)流量將達到30.6艾字節(jié)。越來越多的隱私數(shù)據(jù)將通過無線網(wǎng)絡傳輸，無線傳輸介質的電磁特性和開放特性會給這些數(shù)據(jù)的安全通信帶來威脅。

據(jù)申請人了解，傳統(tǒng)的安全通信方法是通過復雜的數(shù)學運算來加密信號，寄希望于竊聽者沒有足夠的運算能力。但隨著智能硬件以及物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，這種需要密鑰交換的加密方式已無法保證通信的安全。

物理層安全是一種不需要上層加密算法就能獲得安全通信的信息理論方法，它利用了無線信道的物理特性，比如衰落、噪聲、信道干擾等。常見的信道編碼技術如維納竊聽編碼、低密度奇偶校驗碼、極性碼等在保障通信可靠性的同時也保證了安全性。

常見的物理層安全方法有波束成形法，通過調節(jié)天線陣列因子使得發(fā)射波束聚焦到合法接收者的方向保證了通信安全；天線選擇技術，通過在眾多的發(fā)射天線中選擇部分天線發(fā)射，增加了隨機性，造成了竊聽方向用戶的星座圖的擾亂。

前述的方法都是主動增加合法接收者的信道質量，除此之外，還可以通過分配一定的功率給噪聲，聯(lián)合有用的信號一起發(fā)射出去，達到故意干擾竊聽者的目的。而在眾多的人工噪聲方法中，有些方法在確定傳輸參數(shù)時需要過于復雜的計算。有些方法的性能比較低。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于：提供一種大規(guī)模天線陣中基于人工噪聲的竊聽編碼方法，利用嚴格的數(shù)學公式推導出安全吞吐量與冗余速率以及功率分配因子的關系，在安全中斷概率的約束下，利用黃金分割搜索法求出最優(yōu)的冗余速率以及功率分配因子，進而使得安全吞吐量達到最大。

為了達到以上目的，提供一種大規(guī)模天線陣中基于人工噪聲的竊聽編碼方法，包括如下步驟：

發(fā)送者與接受者之間建立主信道，并與竊聽者之間建立竊聽信道；

根據(jù)信道估計獲取主信道CSI以及主信道和竊聽信道的發(fā)射信噪比；

根據(jù)主信道和竊聽信道的發(fā)射信噪比計算出對應的信噪比的累計分布函數(shù)；

根據(jù)累計分布函數(shù)計算出安全吞吐量和安全中斷概率的函數(shù)，證明對于任意的功率分配因子，都存在唯一的冗余速率使安全吞吐量打到最優(yōu)；

通過黃金分割搜索法獲取最優(yōu)的冗余速率和分配因子，并通過安全吞吐量的函數(shù)求得最大的安全吞吐量，

發(fā)送者的發(fā)射信號矢量x由信息信號x_I和(N-1)×1的噪聲信號x_N組成，x_N中每個元素的方差為χ_N，發(fā)送者的發(fā)射信號功率P_t中發(fā)射給主信道的功率占比為η(0≤η≤1)，則主信道的信號功率為χ_I＝ηP_t，當同時傳輸信息信號x_I和噪聲信號x_N時，可得波束賦形矩陣為：

W＝[w_I W_N]；