[發明專利]基于時間反演技術的下行鏈路安全傳輸策略

在審

• 申請號: 201910012441.6
• 申請日: 2019-01-07
• 公開（公告）號: CN109660553A
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發明（設計）人: 李方偉;汪蘋;張海波
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04L29/06
• 分類號: H04L29/06;H04L25/02;H04B7/0426;H04W12/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

采用人工噪聲的安全傳輸策略將會大幅度提高系統的保密性，但是會額外消耗能量，可能影響整個無線通信系統的生存周期。針對多用戶多輸入單輸出下行鏈路系統中的安全通信問題，提出一種基于時間反演技術的下行鏈路安全傳輸策略。首先，在多用戶MISO下行鏈路系統中采用時間反演技術，利用空時聚焦性來提高系統的保密性能；其次考慮輔助人工噪聲干擾信號的保密信號將額外消耗能量，因此引入SWIET技術有效解決能耗問題，改善系統安全性能。理論分析和仿真結果表明：所提策略保密容量更高，信息泄露量更少。

技術領域

本發明涉及無線通信安全領域，特別涉及基于時間反演技術的下行鏈路安全傳輸策略。

背景技術

無線通信系統具有廣播性，給竊聽用戶提供了可趁之機。傳統的無線通信系統主要是依靠上層的加密協議體系，通過對信息進行加解密、認證等技術來保證竊聽用戶竊取不到任何保密信息。這種加密方法假設算法足夠復雜以致竊聽用戶破解加密信息所花費的時間比信息的有效時長更長，但是隨著計算機運算能力的飛速提升，它已經不能滿足人們對于未來無線通信安全性的要求。因此無線通信系統安全通信的研究引起廣泛關注，已成為無線通信領域的一個研究熱點。

Wyner提出保密容量的概念和三節點竊聽信道模型。該模型由發送方，合法接收用戶和竊聽用戶組成。發送方需要發送保密信息給合法接收用戶，同時避免竊聽用戶竊取到保密信息。保密容量是指發送方和期望用戶之間的通信不會被竊聽用戶竊聽的最高信息傳輸速率，是衡量系統保密性能的指標。當合法信道的信道狀態更好時，合法信道比竊聽信道的信道容量更大，即保密容量為正值，系統能夠實現保密通信。時間反演(time reversal,TR)技術是在時域上對所接受到的信號進行一種逆序操作，它將信號按照到達接收端的順序進行前后倒轉。在頻域上，它等同于相位共軛。這種技術能夠實現信號在時間與空間上的聚焦。時間反演技術的這種時空聚焦特性能有效補償非均勻復雜環境或媒質引起的信號多徑延遲衰減。因此時間反演技術在無線通信系統安全通信研究方面存在巨大的潛力。

為了提高保密容量，研究人員提出一種在合法信道的零空間內加入人工噪聲的方法。人工噪聲位于合法信道的零空間內，合法信道方向上的保密信號未被干擾，但擾亂了竊聽用戶對保密信息的竊聽，降低了竊聽信道的傳輸質量。采用人工噪聲的安全傳輸策略將會大幅度提高無線通信系統保密性，但是它會額外消耗自身的能量，甚至可能影響整個無線通信系統的生存周期。在多天線系統中，自適應天線選擇策略可以優化系統的保密性能。

有些專家首先提出并分析了信息和能量同時傳輸(simultaneous wirelessinformation and energy transfer,SWIET)技術。專家引入SWIET技術有效地解決了能耗問題，改善了系統安全性能。現有文獻雖然引入SWIET技術有效地解決了采用人工噪聲的安全傳輸策略的能耗問題，但是沒有探索引入SWIET技術解決多用戶MISO下行鏈路系統中時間反演技術和人工噪聲相結合的能耗問題。

采用人工噪聲(artificial noise,AN)的安全傳輸策略將會大幅度提高系統的保密性，但是會額外消耗能量，可能影響整個無線通信系統的生存周期。針對多用戶多輸入單輸出(multiple input single output,MISO)下行鏈路系統中的安全通信問題，提出一種基于時間反演(time reversal,TR)技術，采用信息和能量同時傳輸(simultaneouswireless information and energy transfer,SWIET)技術和考慮輔助人工噪聲干擾信號的保密信號的安全傳輸策略。首先，在多用戶MISO下行鏈路系統中采用時間反演技術，利用空時聚焦性來提高系統的保密性能；其次考慮輔助人工噪聲干擾信號的保密信號將額外消耗能量，因此引入SWIET技術有效解決能耗問題，改善系統安全性能。理論分析和仿真結果表明：所提策略保密容量更高，信息泄露量更少。

發明內容