[發明專利]一種基于隨機頻率陣列存在保密區域的無線安全傳輸方法

在審

• 申請號: 202011136666.1
• 申請日: 2020-10-22
• 公開（公告）號: CN112235788A
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 胡錦松;呂勝蘋;陳由甲;許志猛
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H04W12/02
• 分類號: H04W12/02;H04W12/03;H04K3/00
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 錢莉;蔡學俊

1.一種基于隨機頻率陣列存在保密區域的無線安全傳輸方法，其特征在于，包括以下步驟：

令發射端能夠安全地將隱私信息傳輸給期望用戶的必要條件為：

|h^H(r_E，θ_E)h(r_B，θ_B)|²≤β；

式中，(r_B，θ_B)表示期望用戶的位置，(r_E，θ_E)表示竊聽者的位置，h(r_B，θ_B)表示在期望用戶位置隨機頻率陣列的歸一化天線導向向量，h^H(r_E，θ_E)表示竊聽者位置隨機頻率陣列的歸一化天線導向向量的共軛轉置向量，β表示邊界位置與期望用戶之間的相關系數最大值；

在該必要條件下確定安全傳輸所需的天線數目以及頻率映射應滿足的具體條件。

2.根據權利要求1所述的一種基于隨機頻率陣列存在保密區域的無線安全傳輸方法，其特征在于，還包括步驟：根據人工噪聲和未使用人工噪聲兩種方案的信噪比得到期望用戶和竊聽用戶的信道容量，從而得到不同方案在相同系統條件下的保密能力，以此來切換兩種方案實現最好的安全性能。

3.根據權利要求1所述的一種基于隨機頻率陣列存在保密區域的無線安全傳輸方法，其特征在于，所述在該必要條件下確定安全傳輸所需的天線數目以及頻率映射應滿足的具體條件具體為：

式中，M_min為進行安全通信的最小天線陣元的數目，c為光速，β為邊界位置與期望用戶之間的相關系數最大值，Δθ為期望用戶的安全區域的角度偏移增量，d為天線陣列中相鄰陣元之間的距離，f_c為天線中心頻率，K_min為天線頻率映射規則對應的帶寬的最小值，Δf為固定的頻率增量，Δr為期望用戶的安全區域的安全距離偏移增量。

4.根據權利要求2所述的一種基于隨機頻率陣列存在保密區域的無線安全傳輸方法，其特征在于，所述根據人工噪聲和未使用人工噪聲兩種方案的信噪比得到期望用戶和竊聽用戶的信道容量，從而得到不同方案在相同系統條件下的保密能力，以此來切換兩種方案實現最好的安全性能具體包括以下步驟：

當在方向調制技術中選擇加入人工噪聲的輔助手段時，發射信號為：

式中，δ表示分配給隱私信號的功率因子，P_t為發射端功率，s是要發送的隱私消息信號且滿足v和w分別為有用信號的波束成形向量和人工噪聲向量，v和w分別取：

v＝h(r_B,θ_B)；

式中，I_M表示大小為M×M的單位矩陣，h^H(r_B，θ_B)表示期望用戶天線導向向量的共軛轉置向量，z由M個獨立且均勻分布的圓對稱復高斯隨機變量組成，均值為0，方差為1；并且w是期望用戶天線導向向量h(r_B，θ_B)的零空間向量，即h^H(r_B，θ_B)w＝0；

得到期望用戶和竊聽者的接收信號分別為：

式中，n_B和n_E分別是期望用戶和竊聽者信道的加性高斯白噪聲，二者均服從均值為0的高斯分布，方差分別為和由此得到期望用戶和竊聽者的信噪比分別為：

式中，上述是基于在方向調制中采用人工噪聲技術的推導，如若考慮不使用人工噪聲的情況，將以上公式中的功率分配因子δ取值設為1；

根據使用人工噪聲和未使用人工噪聲兩種方案的信噪比得到期望用戶和竊聽用戶的信道容量，從而得到不同方案在同樣系統條件下的保密能力，其中保密能力由期望用戶和竊聽用戶的信道容量之差得到，以便于在實際情況中發射機在兩種方案之間切換來保證系統最好的安全性能；其中，期望用戶和竊聽用戶的信道容量之差越大，保密能力越強。