【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于移動(dòng)通信，具體涉及一種針對通感融合場景的具有位置隱藏能力的安全傳輸方法。
技術(shù)介紹
1、第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)的商用和第六代通信系統(tǒng)的前沿研究涌現(xiàn)出智慧工廠、無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)、車聯(lián)網(wǎng)等同時(shí)具有通信和感知需求的新場景，因此通感融合(integrated?sensingand?communication，isac)技術(shù)受到了業(yè)界的持續(xù)關(guān)注和深入研究。通感融合技術(shù)通過在通信模塊中賦能感知功能，利用通信系統(tǒng)的頻譜資源、空口技術(shù)、硬件資源處理單元等接收并處理感知信號，從而實(shí)現(xiàn)對環(huán)境和目標(biāo)的多維感知。從相反的角度來看，由于無線信道的廣播特性與頻譜的共享使用性，isac網(wǎng)絡(luò)也更易受到隱私泄露的威脅：在通信方面，傳統(tǒng)密碼學(xué)的安全傳輸方法隨著計(jì)算能力的提升顯露出更多的破譯風(fēng)險(xiǎn)；另一方面，某些私密設(shè)備的位置信息也出現(xiàn)了暴露給具有感知能力的非法設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)。為了兼顧通信信息與位置信息兩個(gè)方面的隱私，新的物理層安全方案設(shè)計(jì)成為了isac網(wǎng)絡(luò)中不可忽視的問題。
2、面對isac網(wǎng)絡(luò)中的安全挑戰(zhàn)，當(dāng)前的研究普遍著眼于利用感知能力獲得信道狀態(tài)信息，并以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)針對性的物理層安全傳輸技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)通信安全性能的提升。典型的物理層安全傳輸系統(tǒng)是將預(yù)編碼技術(shù)與人工噪聲技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合設(shè)計(jì)，通過奇異值分解得到合法接收方信道的零空間，在零空間中設(shè)計(jì)人工噪聲，在零空間的正交補(bǔ)空間中傳輸通信信號，如此可在不影響接收方正常傳輸?shù)臈l件下有效降低第三方的信噪比。然而，上述方案并未考慮發(fā)送方的位置隱私安全，因?yàn)榈谌绞冀K可以利用天線陣列的接收信號推算來波方向，最終推斷
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本方案首先計(jì)算第三方所在方位的陣列響應(yīng)的零空間，將其正交基作為位置隱藏預(yù)編碼矩陣，隨后將合法方的信道與該矩陣相乘得到等效信道，再對其做奇異值分解得到等效信道的零空間，在等效信道的零空間中傳輸人工噪聲，在等效信道的零空間的正交補(bǔ)空間中傳輸通信信號。由于第三方所在方位的陣列響應(yīng)對應(yīng)于視距信道，所提方案可零陷第三方視距信道中的信號，使第三方無法正確推斷發(fā)送方的位置。相比于傳統(tǒng)的物理層安全算法，本專利技術(shù)所提方案在保證通信安全的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了對發(fā)送方位置的隱藏，具備更高的使用價(jià)值。
2、為更好地對本專利技術(shù)進(jìn)行說明，先介紹本專利技術(shù)技術(shù)方案所用到的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
3、圖1所示為本專利技術(shù)所涉及的模型示意圖：
4、在本模型中，假定發(fā)送方與接收方的天線數(shù)分別為na、nb，k個(gè)第三方可感知發(fā)送方的方向并對發(fā)送信息進(jìn)行接收，假設(shè)na>nb>k。第k(k＝1,2,…,k)個(gè)第三方的天線數(shù)假定為mk，因此可用矩陣和表示發(fā)送方—接收方和發(fā)送方—第k個(gè)第三方的信道矩陣。不失一般性地，本專利技術(shù)考慮萊斯信道模型，即
5、
6、和
7、
8、其中α0和αk為復(fù)衰落系數(shù)，κ0和κk是萊斯因子，和為視距分量，和為各元素獨(dú)立同分布于復(fù)高斯分布的非視距分量。假設(shè)發(fā)送方—接收方的方位角為發(fā)送方—第k個(gè)第三方的方位角為為簡單起見，考慮二維平面上的遠(yuǎn)場模型，發(fā)送方、接收方和第k個(gè)第三方的陣列響應(yīng)矢量分別為和于是，信道矩陣的視距分量可以使用陣列響應(yīng)的形式表示為：
9、
10、和
11、
12、在本模型中，發(fā)送方的發(fā)送符號表示為
13、x＝s+z，
14、其中為通信信號，為人工噪聲，s和z分別為各信號的協(xié)方差矩陣，本專利技術(shù)所提方案將對這兩個(gè)協(xié)方差矩陣進(jìn)行設(shè)計(jì)。考慮二者獨(dú)立并存在平均功率約束pa，即
15、
16、當(dāng)發(fā)送符號確定后，接收方與第k個(gè)第三方的接收信號可以表示為：
17、yb＝hx+nb＝hs+hz+nb，
18、與
19、yk＝gkx+nk＝gks+gkz+nk，
20、其中nb與nk為功率譜密度為n0的加性白高斯噪聲。考慮第三方協(xié)作接收，那么合法方與第三方的可達(dá)速率分別為
21、cl＝logdet[i+hshh(hzhh+n0i)-1]，
22、與
23、ci＝logdet[i+gsgh(gzgh+n0i)-1]，
24、其中
25、
26、從而得到保密速率cs＝(cl-ci)+。
27、本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案為：
28、s1、對發(fā)射方在處的陣列響應(yīng)
29、的共軛轉(zhuǎn)置進(jìn)行奇異值分解，得到的零空間的正交基vn，即
30、
31、其中是對角元降序排列的正定對角陣；
32、s2、對發(fā)射信號左乘vn，使得發(fā)送信號滿足實(shí)現(xiàn)對第三方視距信道的零限，即
33、x＝vnx′＝vn(s′+z′)，
34、其中
35、s3、對等效信道h′＝hvn進(jìn)行奇異值分解，即
36、
37、其中為對角元降序排列的正定對角陣，r′表示h′的秩；
38、s4、構(gòu)造
39、
40、與
41、
42、形成優(yōu)化問題如下：
43、
44、s5、由于人工噪聲的添加會(huì)降低接收方處的信噪比，如果給定人工噪聲最低發(fā)射功率η，那么z″的最優(yōu)解必定滿足于是可得到一個(gè)最優(yōu)解如下：
45、
46、s6、將s5的結(jié)果帶入s4中進(jìn)行化簡，得到
47、
48、采用cvx程序得到上述優(yōu)化問題的最優(yōu)解
49、s7、輸出最優(yōu)解與
50、本專利技術(shù)的有益效果為：
51、本專利技術(shù)提出了一種針對通感融合場景的發(fā)送方具有位置隱藏能力的物理層安全傳輸方案。該方案首先找到第三方方位的陣列響應(yīng)的零空間，在零空間中經(jīng)行后續(xù)的設(shè)計(jì)，從而使得第三方無法從視距信道中獲得有用信息，實(shí)現(xiàn)發(fā)送方位置隱藏的效果。隨后在合法方等效信道的零空間中添加人工噪聲，在等效信道零空間的正交補(bǔ)空間中傳輸通信信號，以增強(qiáng)通信數(shù)據(jù)的安全性。本專利技術(shù)通過將發(fā)送方的位置隱私納入優(yōu)化問題，為isac網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)具有位置保密需求與安全通信需求的場景提供了有效的解決方案。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.針對通感融合場景的具有位置隱藏能力的安全傳輸方法，定義系統(tǒng)包括一個(gè)具有NA根天線的發(fā)送方、一個(gè)具有NB根天線的接收方，以及K個(gè)可感知發(fā)送方的方向并對發(fā)送信息進(jìn)行接收的第三方，第k個(gè)第三方的天線數(shù)為Mk，k＝1,2,…,K；用矩陣和表示發(fā)送方—接收方和發(fā)送方—第k個(gè)第三方的信道矩陣，滿足萊斯信道模型，即
【技術(shù)特征摘要】
1.針對通感融合場景的具有位置隱藏能力的安全傳輸方法，定義系統(tǒng)包括一個(gè)具有na根天線的發(fā)送方、一個(gè)具有nb根天線的接收方，以及k個(gè)可感知發(fā)送方的方向并對發(fā)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：馬滕，封雨軒，雷霞，肖悅，
申請(專利權(quán))人：電子科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
還沒有人留言評論。發(fā)表了對其他瀏覽者有用的留言會(huì)獲得科技券。