一种计及无线物理层安全的基站转发多天线处理方法技术

本发明专利技术公开了一种计及无线物理层安全的基站转发多天线处理方法，通过基站的多天线上行接收矩阵与下行发送预编码矩阵来降低发送者、接收者之间私密消息的被窃听的风险，通过提高基站侧天线数量有效抑制恶意窃听者的恶意窃听行为，实际场景中私密消息需经过基站中继转发的情况，并结合了实际场景中基站能够获取窃听信道的统计信息，降低发送者、接收者之间的安全传输中断概率，简单实用，易于实施，具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种计及无线物理层安全的基站转发多天线处理方法，属于移动通信

技术介绍
目前，无线物理层安全逐渐受到广大研究者的关注。由于无线信号的广播特性，恶意的窃听者可以轻易的获取用户的私有信息并破解，因而给无线用户带来了严峻的信息安全威胁。早在上世纪70年代，贝尔实验室的科学家就给出了物理层安全容量的定义，即针对一个发送者(Alice)向一个接收者(Bob)发送私有数据时，存在一个恶意的窃听者(Eve)试图接收他们的私有信息，在该模型下，物理层安全信道容量定义为Alice和Bob之间通信主信道的最大安全通信速率，并且该速率的数值等于Alice和Bob之间主信道容量减去Alice到Eve的窃听信道容量，经过理论研究证明了总存在一个安全编码方式使得Alice和Bob之间的可靠安全通信速率达到物理层安全容量。近年来，有研究人员分析了在衰落信道下Alice和Bob之间安全速率的变化特征，由于信道的衰落特性，对于主信道，研究人员通过改进调制编码技术来试图提高私有信息的保密特性，增加Bob获取有效信息的难度；还有研究人员通过在Alice发送信号中人为地增加对于Alice和Bob是已知的伪随机噪声序列来干扰Eve的窃听行为，从而提高物理层安全速率。类似地，有研究人员提出一种设置外在干扰机(jammer)的方式来增加Eve窃听的难度。通过增加伪随机噪声序列方式隐藏信息会降低有用的私密信息的接收信干噪比，从而导致传输速率的降低；而通过干扰机的方式也存在类似问题。多天线技术从空间维度为无线通信系统提供了一个新的自由度。系统设计者可以通过采用多天线技术获得分集复用增益，从本质上说就是通过改变发送信号的波束，使之对准目标用户的方向从而可以提高信干燥比，获取更高的频率利用率，同时采用多根发送天线和/或接收天线可以获得来自空间不同方向上的接收信号，这样就可以获得分集增益，从而有效对抗信道衰落。尽管针对多天线的技术研究已有不少成果，但是利用该多天线技术解决物理层安全问题的研究尚处于起步阶段，还没有可靠的安全方法，是当前举行要解决的问题，
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现在技术中对无线物理层安全问题研究存在的不足。本专利技术的计及无线物理层安全的基站转发多天线处理方法，通过基站的多天线上行接收矩阵与下行发送预编码矩阵来降低发送者、接收者之间私密消息的被窃听的风险，通过提高基站侧天线数量有效抑制恶意窃听者的恶意窃听行为，降低发送者、接收者之间的安全传输中断概率，简单实用，易于实施，具有良好的应用前景。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种计及无线物理层安全的基站转发多天线处理方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤(1)，设发送者向接收者发送私密消息，该私密消息通过基站转发，存在一个恶意窃听者，基站与恶意窃听者分别配置有NR与NE根天线；步骤(2)，发送者向基站发送私密消息，基站接收到私密消息后再转发给接收者，当发送者通过上行信道hAR向基站发送私密消息，或者基站通过到下行信道hRB向接收者转发私密消息时，恶意窃听者能够分别窃听该私密消息两次，上行信道hAR与下行信道hRB分别通过上行或下行信道的估计获得，并且下行信道hRB将会由接收者反馈至基站；步骤(3)，基站依据无线信道传输模型得到恶意窃听者的MIMO信道HRE的统计特性，基站在接收私密消息时采用wR＝hAR作为上行接收矩阵，wR为上行接收矩阵，采用wt＝hRB/||hRB||作为向接收者转发时下行发送预编码矩阵，wt为下行发送预编码矩阵；恶意窃听者两次窃听时采用的接收矩阵分别为wE,1＝hAR和wE,2＝HREhRB/||hRB||，从而建立的传输模型；步骤(4)，根据步骤(3)建立的传输模型，如公式(1)所示，计算安全传输中断概率 P c o u t ( R t ) = Pr { min ( 1 + ρ A R , 1 + ρ R B ) 1 + ρ A E + ρ R E < 2 R t本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种计及无线物理层安全的基站转发多天线处理方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤(1)，设发送者向接收者发送私密消息，该私密消息通过基站转发，存在一个恶意窃听者，基站与恶意窃听者分别配置有NR与NE根天线；步骤(2)，发送者向基站发送私密消息，基站接收到私密消息后再转发给接收者，当发送者通过上行信道hAR向基站发送私密消息，或者基站通过到下行信道hRB向接收者转发私密消息时，恶意窃听者能够分别窃听该私密消息两次，上行信道hAR与下行信道hRB分别通过上行或下行信道的估计获得，并且下行信道hRB将会由接收者反馈至基站；步骤(3)，基站依据无线信道传输模型得到恶意窃听者的MIMO信道HRE的统计特性，基站在接收私密消息时采用wR＝hAR作为上行接收矩阵，wR为上行接收矩阵，采用wt＝hRB/||hRB||作为向接收者转发时下行发送预编码矩阵，wt为下行发送预编码矩阵；恶意窃听者两次窃听时采用的接收矩阵分别为wE,1＝hAR和wE,2＝HREhRB/||hRB||，从而建立的传输模型；步骤(4)，根据步骤(3)建立的传输模型，如公式(1)所示，计算安全传输中断概率Pcout(Rt)=Pr{min(1+ρAR,1+ρRB)1+ρAE+ρRE<2Rt}]]>   (1)其中，分别为窃听者，基站与接收者的接收端高斯白噪声；Rt为基站转发传输速率，PA为发送者向基站发送私密消息时的发送功率，PR为基站转发私密消息时的发送功率；Pr{·}表示计算括弧中事件的概率；步骤(5)，通过计算出的安全传输中断概率通过分析可知当基站天线NR的数量逐渐增加时，能够降低安全传输中断概率减少恶意窃听者的窃听风险。...

【技术特征摘要】
1.一种计及无线物理层安全的基站转发多天线处理方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤(1)，设发送者向接收者发送私密消息，该私密消息通过基站转发，存在一个恶意窃听者，基站与恶意窃听者分别配置有NR与NE根天线；步骤(2)，发送者向基站发送私密消息，基站接收到私密消息后再转发给接收者，当发送者通过上行信道hAR向基站发送私密消息，或者基站通过到下行信道hRB向接收者转发私密消息时，恶意窃听者能够分别窃听该私密消息两次，上行信道hAR与下行信道hRB分别通过上行或下行信道的估计获得，并且下行信道hRB将会由接收者反馈至基站；步骤(3)，基站依据无线信道传输模型得到恶意窃听者的MIMO信道HRE的统计特性，基站在接收私密消息时采用wR＝hAR作为上行接收矩阵，wR为上行接收矩阵，采用wt＝hRB/||hRB||作为向接收者转发时下行发送预编码矩阵，wt为下行发送预编码矩阵；恶意窃听者两次窃听时采用的接收矩阵分别为wE,1＝hAR和wE,2＝HREhRB/||hRB||，从而建立的传输模型；步骤(4)，根据步骤(3)建立的传输模型，如公式(1)所示，计算安全传输中断概率 P c o u t ( R t ...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱道华，郭雅娟，姜海涛，李岩，黄伟，王小波，周超，郭静，陈锦铭，李斌，王黎明，潘裕庆，朱朝阳，景栋盛，
申请(专利权)人：国网江苏省电力公司电力科学研究院，国家电网公司，国网江苏省电力公司苏州供电公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32