[發明專利]聯合中繼傳輸和中繼干擾的物理層安全傳輸方法及系統

有效

• 申請號: 202110045410.8
• 申請日: 2021-01-12
• 公開（公告）號: CN112911589B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 高明;趙雪雯;葛建華
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04W12/03
• 分類號: H04W12/03;H04W12/122;H04W40/22;H04W40/12;H04B7/06;H04L9/40
• 代理公司: 鄭州芝麻知識產權代理事務所(普通合伙) 41173
• 代理人: 王越

本發明公開了一種聯合中繼傳輸和中繼干擾的物理層安全傳輸方法及系統，涉及物理層安全傳輸技術領域。該方法包括如下步驟：中繼節點利用協作干擾通信模型選取的最優中繼節點對源節點通過第一最優天線發送的包含目的信息的第一編碼信息解碼后重新編碼，獲得第二編碼信息；并使用所述協作干擾通信模型選取的所述最有中繼節點的第二最優天線將所述第二編碼信息轉發至目的節點，所述第二編碼信息用于觸發所述目的節點對所述第二編碼信息進行解碼，獲得所述目的信息；其余中繼節點發送人工噪聲用于干擾竊聽節點。從而實現了系統安全容量最大化，降低了系統的安全中斷概率，提高了系統的安全性能。

技術領域

本發明涉及物理層安全傳輸技術領域，具體涉及一種聯合中繼傳輸和中繼干擾的物理層安全傳輸方法及系統。

背景技術

無線媒介天然的開放性、無線網絡結構的復雜性和無線通信的快速發展，使大規模無線網絡面臨的安全壓力日益增大。由于無線網絡的廣播特性，信息可能會被惡意竊聽節點竊取，新興的研究方向是通過提高物理層的安全來改善無線網絡的安全環境。與傳統常規密碼學使用的網絡安全技術不同，基于協作干擾的物理層安全技術是信息安全領域新的方法和解決途徑，作為傳統上層加密方法的有效補充，它通過使用無線信道的固有噪聲性質以及隨機性來保證無線網絡的安全，已成為無線通信領域的研究熱點之一。協作通信能夠在克服傳統加密方法缺陷的同時，實現在發送端和接收端之間建立優質的無線鏈路，大大提高了無線通信系統的頻譜資源利用率和系統的功率效率，為物理層安全機制的實施提供了足夠的空間。

在基本的竊聽信道模型中，為了實現保密通信通常需要保證竊聽信道容量小于主信道，然而這個要求在大多數情況下不能被滿足，因此需要一定的技術手段引入差異化，削弱竊聽信道的鏈路質量，從而有效抑制竊聽行為。于是在協作通信技術基礎上，協作干擾技術被提出。在傳統的無線通信系統中，干擾信號通常被認為是對通信的有效性和安全性造成負面影響的不利因素，應該盡可能地減小或消除。而協作干擾技術的基本思想卻恰好相反，通過引入人為的干擾信號，將干擾轉化為提高系統安全性能的有利因素。這種新穎的策略豐富了物理層安全的發展，是無線通信安全領域的重大突破。

在現有的研究中，協作干擾技術雖然已經被提出，但適用場景較為簡單，源節點和中繼節點普遍為單天線，且進行中繼選擇時未綜合考慮中繼傳輸和中繼干擾聯合選擇對系統保密容量的影響。這就導致基于現有技術選擇出的中繼或者協作干擾節點無法顯著的提高系統的保密性能。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明的目的在于提供一種聯合中繼傳輸和中繼干擾的物理層安全傳輸方法，所采用的技術方案具體如下：

第一方面，本發明一個實施例提供了一種聯合中繼傳輸和中繼干擾的物理層安全傳輸方法，包括以下步驟：

中繼節點利用協作干擾通信模型選取的最優中繼節點對源節點通過第一最優天線發送的包含目的信息的第一編碼信息解碼后重新編碼，獲得第二編碼信息；并使用所述協作干擾通信模型選取的所述最有中繼節點的第二最優天線將所述第二編碼信息轉發至目的節點，所述第二編碼信息用于觸發所述目的節點對所述第二編碼信息進行解碼，獲得所述目的信息；其余中繼節點發送人工噪聲用于干擾竊聽節點；

所述協作干擾通信模型包括源節點，N個中繼節點，一個目的節點和一個竊聽節點。其中，所述源節點配有至少兩根天線，每個所述中繼節點處配有至少兩根天線，其余節點都配單根天線；所述協作干擾通信模型選取所述最優中繼、第一最優天線和第二最優天線的步驟如下：

根據節點之間的信道狀態信息獲取所述中繼節點處的信道容量，結合目標傳輸速率篩選出能夠成功解碼的中繼集合；

獲取所述中繼集合內的中繼節點與源節點之間的第一最大信噪比以及與目的節點之間的第二最大信噪比，并結合與竊聽節點之間的信噪比選取最優中繼節點；

根據所述最優中繼節點與源節點以及目的節點之間的信道衰落系數，確定源節點的第一最優天線和中繼節點的第二最優天線。