[發明專利]一種基于時間反演技術的室內保密通信方案

在審

• 申請號: 201910012452.4
• 申請日: 2019-01-07
• 公開（公告）號: CN109495883A
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發明（設計）人: 朱江;丁強;張海波
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04W12/02
• 分類號: H04W12/02;H04L25/03
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

針對物理層無線通信的竊聽信道問題，提出了一種基于時間反演技術的室內保密通信方案。首先，建立了均衡時間反演竊聽模型，在信號發送端將均衡器級聯配置，利用信道均衡技術提高信息傳輸的保密性能。其次，通過傳統時間反演(TR)技術的等效信道分析對均衡器進行了設計，根據均衡后的信道推導了系統保密信干噪比、系統保密容量、誤碼率的閉合表達式。理論分析和仿真結果表明，與傳統的TR技術相比，ETR的保密信干噪比、系統保密容量更高，合法接收用戶的誤碼率更低。

技術領域

本發明涉及無線通信技術領域，特別涉及一種基于時間反演技術的室內保密通信方案。

背景技術

無線通信具有開放性的特點,終端之間的信息傳遞容易被非法用戶竊聽，使得無線通信信息安全面臨嚴峻的考驗。由于無線信道具有頻域、空域、時域多樣性的特征，為無線通信安全提供可研究的空間。Wyner最先提出了竊聽信道模型，根據信息理論提出利用無線信道的差異性來保證信息傳輸安全，并證明存在某種安全編碼可以實現以不大于安全容量的傳輸速率以保證信息安全傳輸而不被非法用戶獲取。目前物理層安全研究已經在安全編碼與密鑰提取、協同干擾^[3]、天線陣列隨機加權、人工噪聲等研究方向取得了較好研究成果。

時間反演是一種信號處理技術，不僅具有聚焦信號的特點、還有簡化接收機復雜度、用于多輸入多輸出超寬帶(MIMO)通信和超越衍射極限的超分辨率等特性。TR能夠在豐富的散射環境下發揮出其最大的作用，封閉或者半封閉的室內具有豐富的散射場景，環境相對較為復雜，信道通常緩慢變化，信道狀態信息不需要快速的更新。因此，將TR運用在室內通信是很好的選擇。TR還被廣泛運用于室內定位、癌癥探測、水下通信等諸多領域。在一個TR過程中，位于合法接收端附近的時間反演鏡(TRM)接收來自合法接收端的探測信號，TRM各單元將接收信號在時域上對信號持續時間的二分之一進行翻轉，然后將翻轉的信號向合法接收端進行發送。由于時間反演的空間聚焦和時間聚焦特性，合法接收端將接收到一個較高主峰值幅度的信號，且信號在時域有壓縮現象。時間反演原理是先收到的信號后發送，后收到的信號先發送，利用信道的互易性，信號會在多條路徑同時間到達。時間反演具有空時聚焦特性，聚焦點外電磁能量較低，使其在物理層安全傳輸方面得到大量關注。

研究專家提出了MIMO超寬帶(UWB)系統與TR技術相結合的方法。主要研究了帶有TR的MIMO-UWB系統中物理層保密性的評估。TR的空間聚焦是所有的多徑分量在接收機的位置上相干相加，而它們在空間中的其它位置非相干地組合。信道狀態響應(CIR)中包含特定的空間簽名，多路徑分量同相增加發生在特定的采樣時刻，是TR預濾波器產生的作用。TR技術相對于傳統多載波系統的主要優點是在接收機處，使接收計算復雜度顯著下降。

針對物理層無線通信的竊聽信道問題，提出了一種適用于室內頻率選擇性衰落信道的均衡時間反演(ETR)保密通信方法。首先，建立了均衡時間反演竊聽模型，在信號發送端將均衡器級聯配置，利用信道均衡技術提高信息傳輸的保密性能。其次，通過傳統時間反演技術的等效信道分析對均衡器進行了設計，根據均衡后的信道推導了系統保密信干噪比、系統保密容量、誤碼率的閉合表達式。理論分析和仿真結果表明，與傳統的TR技術相比，ETR的保密信干噪比、系統保密容量更高，合法接收用戶的誤碼率更低。

發明內容

針對物理層無線通信的竊聽信道問題，提出一種提升室內頻率選擇性衰落信道保密性能的均衡時間反演技術。采用傳統的TR技術對于合法接收端而言，碼間干擾(ISI)占據了接收信號中較大成份。這將會對系統產生影響：(一)系統保密信干噪比較低，會影響系統保密性能；(二)導致信號在接收端的失真，從而影響接收機對信號的檢測，使得誤碼率較高。針對采用時間反演技術如何降低合法接收端碼間干擾提升保密性能問題，考慮不增加信號合法接收端計算復雜度的情況下，在信號發送端將均衡器與TRM級聯配置，所有發射天線共用該均衡器。通過TR等效信道信息進行均衡器的設計對室內無線信道進行均衡處理，降低合法接收端碼間干擾成份，以提升系統保密性能。基于時間反演的安全傳輸方案包括以下步驟：