[發明專利]一種基于干擾選擇的蜂窩網絡中空閑用戶協作干擾方法

有效

• 申請號: 201911026796.7
• 申請日: 2019-10-26
• 公開（公告）號: CN110856166B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 高媛媛;王世界;李亦高;臧國珍;沙楠;郭明喜;劉笑辰;張廣娜;黃晟;王小雨
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍陸軍工程大學
• 主分類號: H04W12/63
• 分類號: H04W12/63;H04W12/12;H04W24/02
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 奚銘

一種基于干擾選擇的蜂窩網絡中空閑用戶協作干擾策略，在單層蜂窩網絡中，利用空閑用戶發送協作干擾信號以提高無線通信網絡的安全性，利用空閑用戶和預訂用戶發送干擾信號兩種協作干擾方式，當用戶有安全傳輸需求時，向基站和網絡發出安全傳輸請求，由基站依據收集到的空閑用戶的位置信息，在所有空閑用戶中做出選擇，并通知選定的空閑用戶協作發送干擾信號，與此同時，典型用戶和其他預定用戶在接收下行信號的同時發送干擾信號。本發明在基站能夠獲知空閑用戶的位置信息的前提下，通過合理選擇空閑用戶參與協作干擾來獲得更好的安全性能。本發明設計了一種合理實用的干擾選擇策略，實現用戶端物理層安全性能的增強。

技術領域

本發明屬于無線通信領域的信息安全技術，涉及物理層安全技術，提出了一種基于干擾選擇的蜂窩網絡中空閑用戶協作干擾方法，通過合理選擇空閑用戶參與協作干擾從而獲得更好的安全性能。

背景技術

無線通信技術的快速發展給人們的生活帶來了極大的便利，但是由于其固有的開放性特征，無線通信易受到外界的竊聽，這給通信安全帶來了嚴重的威脅。如何防止重要的信息不受非法竊聽，保障通信的安全是通信領域研究的熱點問題之一。

當前的信息安全技術主要有兩種[1]：一種是傳統的基于密碼學的安全策略，另一種是基于物理層安全技術的安全策略。傳統的安全策略認為竊聽者的計算能力有限，在有限的時間內無法對密碼進行有效破譯。但是隨著大數據、云計算等大規模計算技術[2]的發展，竊聽者的計算能力能夠的到空前增強，導致加密方法面臨較高的風險。而物理層安全技術基于信息論原理，在合理設計信道編碼的基礎上可以獲得可靠的安全性，并且系統的通信安全不受竊聽者計算能力的影響。

物理層安全技術的概念在1949被首次提出[3]，[4][5]根據無線信道的不確定性研究了通信的系統安全容量。針對如何提升系統安全容量的問題，學界開展了大量研究[6]。其中，協作干擾技術是一種可以有效提升系統的安全性能的技術手段[7]。

當前對于協作干擾技術的研究主要集中在點對點、點對多點的場景中。在蜂窩網絡等存在大量并行通信節點的場景下，如何通過協作干擾技術提升網絡整體的安全性能的研究仍然較為匱乏。針對存在大量通信節點的場景下，文獻[8]首次提出使用協作干擾技術提升網絡中合法用戶的物理層安全性能。文中在分布式網絡中提出利用空閑節點發送隨機干擾信號的方法惡化竊聽者端的信道質量，從而提升了網絡的安全性能。但是由于[8]并沒有設計合理的協作干擾用戶選擇策略，因而干擾節點在惡化竊聽信道的同時，也嚴重影響了合法接收端的正常接收。文獻[9]利用多天線的協作干擾節點發送本地零空間干擾信號，從而降低了對合法接收者的影響，代價是協作干擾節點必須是多天線，同時干擾節點必須能夠獲取合法接收者的信道狀態信息，從而給網絡帶來大量的信息交互的開銷。文獻[10]提出了一種機會的協作干擾選擇策略提升物理層安全性能，依據竊聽者的位置信息選擇參與干擾的協作節點，但是[10]假設網絡中只存在一個竊聽者，場景比較理想。文獻[11]提出了一種基于信道方向信息(CDI)的干擾選擇策略，只有干擾信道與合法信道CDI矢量垂直的干擾節點才能發送干擾信號。文獻[12]利用信道增益信息(CGI)設計了一種基于閾值的干擾選擇策略，只有與合法接收者之間的信道增益信息小于某一閾值的干擾節點才會激活并發送干擾信號。[11]和[12]干擾選擇策略的出發點在于通過合理的干擾選擇降低合法接收者端的干擾，但是利用的信道方向信息(CDI)和信道增益信息(CGI)實際上都只考慮了信道的小尺度衰落特性，而忽略了與節點位置相關的大尺度衰落特性。實際網絡中，大尺度衰落很大程度上影響了信號的強度。文獻[13]利用了節點位置信息，通過閾值方法在正在通信的合法用戶周邊設置保護區域，同時規定保護區域內的干擾節點不發送干擾信號，通過這種方法降低對合法接收端的干擾。

本發明在蜂窩網絡下設計了一種實用的基于干擾選擇的空閑用戶協作干擾策略，假設基站能夠獲知空閑用戶的位置信息的前提下，網絡能夠通過合理選擇空閑用戶參與協作干擾來獲得更好的安全性能。本發明的意義在于設計了一種合理實用的干擾選擇策略，實現用戶端物理層安全性能的增強。

參考文獻