[發明專利]基于頻控陣的物理層安全傳輸優化方法和裝置

有效

• 申請號: 202110286945.4
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN113067813B
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發明（設計）人: 吳勝;歐陽崇峻;李海涵;紀哲;楊鴻文
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04L29/06
• 分類號: H04L29/06;H04B17/391
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 楊萌

本申請提供一種基于頻控陣的物理層安全傳輸優化方法、裝置、電子設備和存儲介質，該方法包括：根據有限字符輸入信號和預設信道模型建立安全傳輸速率優化模型；對安全傳輸速率優化模型中的預設預編碼和預設頻率偏移向量進行交替優化，確定優化后的預編碼和頻率偏移向量，并計算優化后的安全傳輸速率，進而提高了物理層安全傳輸系統在實際應用中的安全性。

技術領域

本申請涉及通信領域，具體而言，涉及一種基于頻控陣的物理層安全傳輸優化方法、裝置、電子設備和存儲介質。

背景技術

近年來，隨著無線通信技術的發展，無線網絡中的數據流量呈現出指數式的增長。伴隨著通信系統可靠性與有效性的不斷提高，人們對數據傳輸的安全性也越來越關注。由于無線信道的廣播特性，無線通信系統很容易遭受由竊聽攻擊導致的信息泄露。

目前，通常采用物理層安全傳輸技術以提高無線通信系統數據傳輸的安全性。隨著多天線技術的發展，頻控陣被應用于物理層安全傳輸中以改進系統的安全性能。現有技術中，基于頻控陣的物理層安全傳輸系統大都是以高斯信號作為輸入信號進行預編碼設計以及頻率偏移向量設計。然而，高斯信號與數字通信系統在實際應用中的輸入信號存在差異，從而導致以高斯信號作為輸入信號確定的物理層安全傳輸系統在實際應用中的安全性較低。

發明內容

本申請實施例的目的在于提供一種基于頻控陣的物理層安全傳輸優化方法、裝置、電子設備和存儲介質，用以在輸入信號為數字調制信號時，保證物理層安全傳輸系統的傳輸安全性。

第一方面，本發明提供一種基于頻控陣的物理層安全傳輸優化方法，包括：根據有限字符輸入信號和預設信道模型建立安全傳輸速率優化模型；對所述安全傳輸速率優化模型中的預設預編碼和預設頻率偏移向量進行交替優化，確定優化后的預編碼和頻率偏移向量，并計算優化后的安全傳輸速率。在本申請實施例中，根據有限字符輸入信號和預設信道模型建立安全傳輸速率優化模型，構建出的安全傳輸速率優化模型能適用于有限字符輸入信號作為信道輸入。進而對該安全傳輸速率優化模型中的預設預編碼和預設頻率偏移向量進行交替優化，確定優化后的預編碼和頻率偏移向量，并計算優化后的安全傳輸速率。由于實際的無線信道的輸入信號為有限字符輸入信號，因此，本申請實施例優化后的物理層安全傳輸系統在實際應用中能更好的保證通信安全。

在可選的實施方式中，在所述計算優化后的安全傳輸速率之后，所述方法還包括：當優化后的安全傳輸速率與優化前的安全傳輸速率的差值大于預設閾值時，對優化后的預編碼和頻率偏移向量進行交替優化直至優化后的安全傳輸速率與優化前的安全傳輸速率的差值小于預設閾值。

本申請實施例中，為了能讓系統的安全傳輸速率逼近該系統的最大安全傳輸速率，會設置一個預設閾值，進行迭代。若在進行一次交替優化后，優化后的安全傳輸速率與優化前的安全傳輸速率的差值大于該預設閾值，則認為本次優化后的安全傳輸速率還有進一步優化的空間，則以本次優化后的預編碼和頻率偏移向量作為初始的預編碼和初始的頻率偏移向量，再進行交替優化，直至優化后的安全傳輸速率與優化前的安全傳輸速率的差值小于預設閾值，從而在保證安全性的情況下，盡可能提高物理層傳輸系統的傳輸性能。

在可選的實施方式中，所述對所述安全傳輸速率優化模型中的預設預編碼和預設頻率偏移向量進行交替優化，包括：根據所述預設頻率偏移向量，利用梯度下降法和回溯直線搜索法對所述預設預編碼進行優化，確定優化后的預編碼；根據所述優化后的預編碼，利用塊連續上界最優化算法對所述預設頻率偏移向量進行優化，確定優化后的頻率偏移向量。

由于有限字符輸入信號沒有閉合表達式，且預編碼和頻率偏移向量是一組耦合的變量，利用梯度下降法和回溯直線搜索法對所述預設預編碼進行優化，利用塊連續上界最優化算法對所述預設頻率偏移向量進行優化，并采用交替優化的方式能減少算法的迭代次數，提高確定預編碼和頻率偏移向量的效率。