单载波频域均衡系统中实现物理层安全传输的预编码方法技术方案

本发明专利技术公开了一种单载波频域均衡系统中实现物理层安全传输的预编码方法包括：发射端利用合法接收端的反馈信号估计合法信道的时域冲击响应；发射端计算时域冲击响应的频域等价信道矩阵；发射端利用频域等价信道矩阵计算发送信号的频域预编码矩阵；发射端对发送信号进行频域预编码，并转换成时域信号；发射端在时域信号前面添加循环前缀，将信号发送至合法接收端；合法接收端先将时域接收信号转换成频域信号，再对其进行频域均衡；利用离散反傅里叶变换，合法接收端将均衡后的频域信号再转换成时域信号，然后对其进行判决得到发射端发送的信息。本发明专利技术提出的预编码方法可实现单载波频域均衡系统的物理层安全传输且具有较高的实用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于通信
，尤其涉及一种单载波频域均衡系统中实现物理层安全传输的预编码方法。
技术介绍
单载波频域均衡技术，不仅可以有效抵抗无线信道的频率选择性衰落，实现高速率、大容量的宽带无线传输，而且能够克服单载波时域均衡技术的实现复杂度较高以及正交频分复用技术的信号峰均比高的不足。单载波频域均衡技术已经成为宽带无线接入系统物理层的重要组成技术，并且已经被纳入IEEE802.16(WiMAX)标准中。目前，无线信道的开放性、通信的广播特性、终端的移动性、网络拓扑结构的多样性及无线传输的不稳定性等因素使得移动通信网络面临者更多的安全威胁，比如窃听和假冒。传统通信系统的安全机制是建立在物理层之上，并且假设物理层能够提供一条无差错的数据传输链路，通过合法用户之间的密钥共享来实现保密通信。然而目前大量出现的分布式通信系统，如移动Ad-hoc网络、用户直连通信系统，由于其成本低、功能简单，使得传统的加密技术无法实施。因此，研究新型的物理层安全机制来保证信息传输的安全性已引起人们的关注和重视。物理层传输的安全性是在没有引入合法通信双方共享密钥的条件下，通过物理层的编码、调制和传输设计来实现的。关于物理层信息安全的研究最早可以追溯到1949由香农奠定的安全信息理论。在此基础上，1975年，Wyner定义了窃听信道模型，建立了不依赖秘钥共享就可以提供安全通信链路的可能性。近些年，物理层传输技术的发展为物理层安全的研究和应用提供了广泛的空间。现有的物理层安全传输方案根据发射端是否已知窃听端的信道状态信息(CSI)可以分为两大类。第一类方案要求发射端已知窃听信道的全部或者部分CSI，利用预编码设计或者天线选择策略来实现物理层的安全传输。例如，文献Khisti A.,Womell G.,Wiesel A.,et.al.,\On the Gaussian MIMO wiretap channel,”In Proceedings of IEEE International Symposium on Information Theory 2007(ISIT),Cambridge.MA,USA,June 2007,pp.2471-2475.利用对合法信道和窃听信道进行广义奇异值分解，提出了可实现安全信道容量最大化的预编码方案。不过这里需要指出，在多数场景下窃听端只是被动窃听而并不会主动发射信号，因此在实际的应用场景中发射端很难获取窃听信道的CSI。而第二类方案不要求发射端已知窃听信道的CSI，利用人工加噪或者空时编码的方法实现物理层安全传输。例如，文献Goel S.,Negi R.,\Guaranteeing secrecy using artificial noise,”IEEE Transaction on Wireless Communication,7(6),June 2008,pp.2180-2189。提出了人工加噪的传输方案，并证明该方案在高信噪比下的渐进最优性。在该策略中人工噪声位于合法信道矩阵的正交空间内，所以人工噪声只会降低窃听信道的接收性能。不过该方案要求窃听端的天线数目要严格小于发射端的天线数目。现有的物理层安全传输方案是利用多天线系统的空域自由度来增强无线传输的物理层安全，而单载波频域均衡系统属于单天线系统，即发射端和接收端均采用单个天线，因此上述两种方案并不适用于单载波频域均衡系统。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种针对单载波频域均衡系统的预编码方法，旨在解决单载波频域均衡系统物理层传输的安全性问题。本专利技术的基本原理是发射端根据合法信道的CSI对发送信号进行预编码使得合法接收端可以正确解调信号；而窃听端由于无法获取合法信道的CSI，所以窃听端即使接收到发射端的信号也无法正确解调，从而在物理层实现发射端与合法接收端的安全传输。为实现上述目的，所述单载波频域均衡系统中实现物理层安全传输的预编码方法具体包括以下步骤：步骤1，利用衰落信道的互易性，发射端利用合法接收端的反馈信号估计合法信道的时域冲击响应，即h＝[h(0),h(1),…,h(D-1)]T以及信道的总功率其中D为信道冲击响应的长度。步骤2，利用离散傅里叶变换(DFT)，发射端计算步骤1中h的频域等价信道矩阵，即Λ＝UHHeqU＝diag{λ0,λ1,…,λN-1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单载波频域均衡系统中实现物理层安全传输的预编码方法，其特征在于，所述单载波频域均衡系统中实现物理层安全传输的预编码方法，发射端根据合法信道的信道状态信息对发送信号进行预编码使得合法接收端正确解调信号，而窃听端即使接收到发射端的信号也无法正确解调，在物理层实现发射端与合法接收端的安全传输。

【技术特征摘要】
1.一种单载波频域均衡系统中实现物理层安全传输的预编码方法，其特征在于，所述单载波频域均衡系统中实现物理层安全传输的预编码方法，发射端根据合法信道的信道状态信息对发送信号进行预编码使得合法接收端正确解调信号，而窃听端即使接收到发射端的信号也无法正确解调，在物理层实现发射端与合法接收端的安全传输。2.如权利要求1所述的单载波频域均衡系统中实现物理层安全传输的预编码方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩伟良，高洋，葛建华，高明，刘刚，张南，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61