[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

本發明涉及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，確定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，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，同時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。本發明能實現在期望用戶具有安全保密區域時系統的安全傳輸，保證隱私信號到達期望用戶的安全性能并且不被安全區域外的竊聽用戶攔截。

技術領域

本發明涉及無線通信技術領域，特別是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。

背景技術

近年來，無線通信的應用滲透到人們生活的方方方面，移動通信網絡的飛速發展極大的改變了人們的生活方式。隨著第五代無線通信系統的出現，人們和各社會團體在日常生活中變得越來越依賴無線設備來共享安全和私人信息。與有線通信相比，無線通信系統的廣播性質可能導致隱私消息的泄露，使得周圍存在的竊聽者偷偷地竊取我們想要傳遞的隱私信息。作為高層加密技術的補充，物理層安全作為無線通信通信安全領域的一個前沿課題，受到越來越多研究者的重視。

如今物理層安全技術的實現多單依賴于可以實現角度和距離維安全傳輸的隨機頻率分集天線陣列來實現。在只有隨機頻率陣列參與的工作中，大多是在潛在竊聽者與期望用戶位于不同方向的前提下研究方向調制實現安全傳輸的，潛在的竊聽者可能是被動的，并且從不發送消息，該用戶的位置對于發射端來說是未知的。實際上，由于竊聽者可能存在于任何地方，因此不能忽略對保密區域的性能分析，即期望用戶周圍的距離和角度分辨率。當期望用戶有自己的安全區域時，應盡可能的保證期望用戶具有更高的保密性能。所以對期望用戶具有安全保密區域的無線傳輸系統的研究有著重要意義。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提出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，能實現在期望用戶具有安全保密區域時系統的安全傳輸，保證隱私信號到達期望用戶的安全性能并且不被安全區域外的竊聽用戶攔截。

本發明采用以下方案實現：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，具體包括以下步驟：

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。

進一步地，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。

進一步地，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：