[發明專利]一種全雙工中繼網絡的物理層安全傳輸方法

有效

• 申請號: 201910736404.X
• 申請日: 2019-08-09
• 公開（公告）號: CN110519756B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發明（設計）人: 張濤;尚志會;柳永祥;吳昊;張余
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: H04W12/02
• 分類號: H04W12/02;H04W40/22;H04L9/40;H04L25/02;H04B7/06;H04B7/0404
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 薛云燕

發明公開一種全雙工中繼網絡的物理層安全傳輸方法。方法為：首先發射機向全雙工中繼節點發送導頻信號，全雙工中繼節點根據接收導頻信號的強度，選擇全雙工中繼節點配置最佳的接收天線，剩余天線發射干擾信號，干擾竊聽用戶的竊聽；然后全雙工中繼節點通過譯碼轉發協議向接收機轉發信號，同時采用迫零波束賦形方法對轉發信號進行預編碼，使得竊聽用戶位于轉發信號對應零空間；接著全雙工中繼節點計算瞬時接收信干噪比，接收機計算瞬時接收信噪比，得出多天線全雙工中繼場景下基于譯碼轉發協議的傳輸鏈路的瞬時信噪比；最后竊聽用戶竊聽傳輸數據，并接收來自全雙工中繼發送的干擾信號。本發明提高了全雙工中繼網絡的物理層安全性能。

技術領域

本發明涉及多天線全雙工竊聽系統物理層安全技術，特別是一種全雙工中繼網絡的物理層安全傳輸方法。

背景技術

隨著移動互聯網的迅速發展，很多垂直行業的業務，如醫療健康、智能家具和智能交通等，將會轉移到無線網絡平臺上，相關的隱私信息(如身份、位置、健康等個人隱私信息)也將隨著業務的轉移，從封閉的平臺轉移到開放的平臺上，接觸狀態從線下變成線上，泄露的風險大大增加，因此有必要借助其他技術方法提升網絡的物理層安全性能。

研究表明，多天線技術通過先進的信號處理技術，可以在不增加發送功率和帶寬的情況下大大改善無線網絡傳輸性能，是改善無線網絡物理層安全傳輸方案常用技術之一，并且中繼節點采用全雙工技術在接收信息的同時進行轉發，可以提高頻譜利用率和系統吞吐量，且緩解了MAC資源調度帶來的擁塞問題和多跳網絡中蟲孔交換(WormholeSwitching)帶來的時延問題，因此，針對多天線的全雙工中繼網絡的物理層安全傳輸方法研究具有重要意義。

傳統的全雙工中繼網絡，中繼節點在接收信號的同時轉發信息，竊聽用戶可同時從發射機和中繼節點竊收所需信息，竊聽效率大幅提升。為解決該問題，現有技術對全雙工中繼網絡進行了優化配置，具體為：第一時隙，全雙工中繼節點在選定接收天線接收發射機信息的同時利用剩余發射天線發射干擾信號，以提升第一時隙的物理層安全傳輸性能；第二時隙，全雙工中繼節點利用其多天線的優勢，對竊聽節點進行迫零預編碼處理，采用迫零波束賦形方法處理后向接收機轉發數據，完全防護了中繼節點處的竊聽，大幅提升了網絡的物理層安全傳輸性能。然而，上述研究還面臨著傳輸方法設計多元化、殘余自干擾影響、優化空間大等技術挑戰。因此，如何在多天線全雙工中繼網絡中設計更有效的物理層安全傳輸方法，以提升全雙工中繼網絡的物理層安全傳輸性能已成為研究熱點。

目前，關于中繼網絡的物理層安全傳輸方法主要有以下兩種：

第一種方法是在半雙工模式下中繼節點采用選擇合并/迫零波束賦形(SelectionCombining/Zero Forcing Beamforming,SC/ZFB)方法進行物理層安全傳輸,其主要步驟是：第一時隙，發射機向中繼節點發送數據，中繼節點采用選擇合并的方法選取最好的一根接收天線來接收來自發射機發送的數據；第二時隙，配置N_R根天線的中繼節點使用迫零波束賦形方法向接收機轉發數據信息。此外，竊聽用戶會竊聽發射機發送的數據。

這種方法的優點是配置N_R根天線的中繼節點采用迫零波束賦形方法對轉發的數據信息進行預編碼，使得竊聽用戶位于轉發信號對應零空間的同時，最大化接收機接收信號的信噪比，有效提升了系統的物理層安全性能。然而，由于第一時隙中發射機也會受到竊聽用戶竊聽的風險，且沒有設計相應物理層安全性能增強方法，影響了系統物理層安全性能的提升，所以這種方法還存在很大的改進空間。