【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及無線通信及物理層安全領域，特別涉及一種信源中繼聯合發送天線選擇的安全傳輸方法。
技術介紹
近年來，隨著高速無線網絡的迅速普及和云計算的迅速發展，依賴復雜數學算法的傳統加密技術在開放性更強的無線通信過程中可能面臨窘境，無線傳輸的安全性面臨巨大挑戰。為了保障網絡的安全傳輸，通過充分利用無線通信網絡物理特性(如空間特性和時變特性)的物理層安全技術日益成為研究的熱點。物理層安全技術早期的研究內容主要涉及信源、信宿和竊聽者以及采用多天線傳輸的情況。比如，一種采用預編碼的方案可以利用廣義奇異值分解方法使多天線信源以接近最優的傳輸速率傳輸保密信號，該方案必須在信源已知竊聽信道的瞬時信道狀態信息的條件下才能實現。此外，當信源無法獲知竊聽者的瞬時信道狀態信息時，當前有一種將人工噪聲加入傳輸信號中以干擾竊聽者的接收方案也得到廣泛的研究，然而，這一方案中的信源可能受限于現實的物理條件，而難以采用多天線技術去傳輸信號，并不適合未來高速傳輸的要求。因此，盡管這些方案能獲得較好的安全性能，但其系統設計復雜度高、實現難度大。作為未來無線通信系統中的一種關鍵技術而備受關注的協同中
繼技術具有提升網絡容量、發送功率利用率及信號覆蓋率等優勢。但是，協同中繼系統由于節點數多，網絡結構復雜，開放性強，因而其安全性問題也更加復雜。為了充分利用多天線技術所帶來的性能優勢及協同中繼系統復雜的信道時變特性，可借助基于多天線的機會式傳輸技術提高系統的傳輸有效性和可靠性，同時降低竊聽者所獲得的信息量，提升系統傳輸的安全性能。機會式傳輸技術依據最大化安全傳輸速率準則選擇一個最優...
【技術保護點】
一種信源中繼聯合發送天線選擇的安全傳輸方法，其特征在于：包括四個通信節點，分別是信源、信宿、中繼和竊聽者，所有通信節點都配置多根天線，并且該竊聽者是被動的，即不會主動向其他節點發送信號，其他節點也無法獲知竊聽信道的信道狀態信息，分兩個時隙完成安全傳輸，第一時隙，信源獲取來自中繼的信道狀態信息，并依據該信息選擇一根能夠使中繼接收信噪比最大的天線廣播保密信號，其他三個節點采用最大比合并接收信號；第二時隙，中繼采用自適應解碼轉發協議，當中繼能夠正確進行解碼，中繼獲取來自信宿的信道狀態信息，并依據該信息選擇一根能夠使信宿接收信噪比最大的天線轉發保密信號；當中繼無法正確進行解碼時，信源獲取來自信宿的信道狀態信息，并依據該信息選擇一根能夠使信宿接收信噪比最大的天線重發第一時隙的保密信號，信宿和中繼采用最大比合并接收信號。
【技術特征摘要】
1.一種信源中繼聯合發送天線選擇的安全傳輸方法，其特征在于：包括四個通信節點，分別是信源、信宿、中繼和竊聽者，所有通信節點都配置多根天線，并且該竊聽者是被動的，即不會主動向其他節點發送信號，其他節點也無法獲知竊聽信道的信道狀態信息，分兩個時隙完成安全傳輸，第一時隙，信源獲取來自中繼的信道狀態信息，并依據該信息選擇一根能夠使中繼接收信噪比最大的天線廣播保密信號，其他三個節點采用最大比合并接收信號；第二時隙，中繼采用自適應解碼轉發協議，當中繼能夠正確進行解碼，中繼獲取來自信宿的信道狀態信息，并依據該信息選擇一根能夠使信宿接收信噪比最大的天線轉發保密信號；當中繼無法正確進行解碼時，信源獲取來自信宿的信道狀態信息，并依據該信息選擇一根能夠使信宿接收信噪比最大的天線重發第一時隙的保密信號，信宿和中繼采用最大比合并接收信號。2.根據權利要求1所述的一種信源中繼聯合發送天線選擇的安全傳輸方法，其特征在于：NS、ND、NR和NE分別代表信源、信宿、可信中繼和竊聽者的天線根數，具體包括如下步驟：步驟1、第一時隙，信源獲取中繼反饋的信道狀態信息，并依據該信道狀態信息選擇一根能夠使中繼接收信噪比最大的天線，并將該天線記為其中，信源任一天線到中繼的信道系數為hiR，hiR為1×NR向量且滿足每一子信道的信道功率增益dSR為信源到中繼的歐幾里得距離，n為路徑損耗指數，||·||表示對向量求2-
\t范數；信源以天線i*廣播保密信號，中繼、信宿和竊聽者采用最大比合并接收信號，接收的信號分別表示為： y S R * = P h i * R H h i * R | | h i * R | | x + h i * R H | | h i * R | | n i R ]]> y S D = P h i D H h i D | | h i D | | x + h i D H | | h i D | | n i D ]]> y S E = P h i E H h i E | | h i E | | x + h i E H | | h i E | | n i E ]]>其中，P表示信源的發送功率，上標H表示對矩陣求共軛轉置，需要注意的是中繼、信宿和竊聽者所接收信號都來自信源的同一根天線，此處“*”用以區分信源到中繼是采用發送天線選擇策略，下同，hiD為1×ND向量，hiE為1×NE向量，hiD和hiE表示信源任一天線到信宿和竊聽者的信道系數且分別滿足每一子信道的信道功率增益和dSD和dSE分別是信源到信宿和信源到竊聽者的歐幾里得距離；x表示保密信號，niR、niD和niE分別表示中繼、信宿和竊聽者接收到的階數為NR×1、ND×1和NE×1的加性高斯白噪聲向量，且噪聲均值依次為和E[·]表示求均值，IN表示N階單位向量，噪聲方差依次為和步驟2、中繼采用自適應解碼轉發協議，當中繼的接收互信息大于等于一個給定閾值Rth時，認為中繼能夠正確解碼轉發信源信息；步驟3、第二時隙，當中繼能夠正確解碼轉發時，中繼獲取來自信宿反饋的信道狀態信息，并依據該信息選擇一根能夠使信宿接收信噪比最大的天線，并將該發送天線記為其中，中繼任一天線到信宿的信道系數為gjD，gjD為1×ND向量且滿足每一子信道
\t的信道功率增益dRD為中繼到信宿的歐幾里得距離，n為路徑損耗指數，||·||表示對向量求2-范數；中繼以天線j*轉發保密信號，信宿和竊聽者采用最大比合并接收信號，并分別表示為： y R D * = P g j * D H g j * D | | g j * D | | x + g j * D H | | g j * D | | n j D ]]> y R E = P g j E H g j E | | g j E | | x + g j E H | | g j E | | n j E ]]>其中，gjE為1×NE向量，gj*D和gjE分別為中繼用于發送的天線到信宿和竊聽者的信道系數且分別滿足每一子信道的信道功率增益和dRD和dRE分別是中繼到信宿和中繼到竊聽者的歐幾里得距離，“*”的含義同上，x表示保密信號，njD和njE分別表示信宿和竊聽者接收到的階數為ND×1和NE×1的加性高斯白噪聲向量，且噪聲均值依次為和噪聲方差依次為和步驟4、當中繼無法對來自信源的保密信號進行正確解碼時，信源獲取信宿反饋的信道狀態信息，并依據該信息選擇一根能夠使信宿接收信噪比最大的天線，并將該天線記為其中，信源任一天線到信宿的信道系數為hkD，hkD為1×ND向量且滿足每一子信道的信道功率增益dSR為信源到中繼的歐幾里得距離；信源以天線k*重復發送第一時隙的保密信號，此時信宿和竊聽者采用最大比合并這一時隙的接收信號，并分別表示為： y S D * = P h k * D H h k * D | | h k * D | | x + h k * D H | | h k * D | | n k D ]]> y S E = P h k E H h k E | | h k E | | x + h k E H | | h k E | | n k E ]]>其中，hkE為1×NE向...
【專利技術屬性】
技術研發人員：趙睿，林鴻鑫，袁毅，賀玉成，
申請(專利權)人：華僑大學，
類型：發明
國別省市：福建;35
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