一种基于人工噪声的空间调制物理层安全传输方法技术

一种基于随机人工噪声的空间调制安全传输方法，在每次传输开始的时候，先确定源节点和目的节点，并源对节点和目的节点依次发送训练序列，这样源节点和目的节点能够估计出二者之间的信道信息；再利用比特交织编码调制技术确定编码，再构造空间调制矩阵集合，并基于这些空间调制矩阵集合，产生所要发送的码字集合，最后通过源节点从码字集合中选择发送码字，并在发送的符号中加入人工噪声，该人工噪声不干扰合法接收者，只干扰窃听节点；对发送的含有人工噪声的码字进行设计，使合法接收者不受噪声的干扰，且能获得两阶的发射分集，而窃听节点的性能因噪声的存在而恶化，从而达到抵抗窃听节点窃取信息的物理层安全传输。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种无线通信方法，具体涉及一种抵抗窃听节点窃听的空间调制物理层安全传输方法，主要用于基于人工噪声的空间调制物理层安全传输，属于空间调制物理层安全

技术介绍
空间调制(SM)作为一个特殊类型的MIMO技术，利用空域自由度传输信息比特，使得基于SM的物理层安全研究更具挑战性。物理层安全从信息论角度出发，充分利用信道特征和无线通信本身的信号格式，实现无线信息安全传输，已经受到越来越多的研究。物理层安全作为在无线通信的安全框架上对传统加密体制的必要补充，能够增强无线通信的安全性。现有的大部分物理层安全技术方法，比如：人工噪声、波束赋形等，都可实现空间调制系统的物理层安全。Sinanovic等人从理论上分析了含有窃听节点的SM‐MIMO系统，相比于单天线系统，有更好的安全容量，并且随着发送天线总数目的增大，中断安全容量增益也随之增大。Guanxingrong等人分析了输入信号为有限字母输入时，SM‐MIMO系统的安全容量，首次得到整个系统的安全容量闭式表达式。SM‐MIMO系统的安全容量随着发送天线数目的增多而增大，并表明输入信号为有限字母时的SM系统安全容量接近于输入信号为高斯信号时的SM系统安全容量。为了进一步的提高SM‐MIMO系统的安全容量，吴飞龙等人提出了发送预编码的方法(PSM)。通过最小化窃听者的接收信噪比和最大化合法接收者的信噪比联合设计最优的预编码。然而，该方法需要已知源节点到窃听者的信道信息，对于消极或者恶意的窃听者而言，先验信道状态信息在实际中是很难得到的，因此该方法的使用是比较受限的。针对源节点到窃听节点的信道状态信息是未知的情况，吴飞龙进一步提出了随机预编码方法(SPSM)。SPSM方案不需要窃听者信道的先验信息，能够实现抵抗恶意窃听者的窃听。但是，预编码与数据符号相关，而且PSM和SPSM方案的部分信息比特是利用接收者的天线序号进行传输，这将会增加接收者处的译码复杂度。王莉等人利用人工噪声抵抗SM‐MIMO系统中位置未知窃听者的窃听，联合优化信号功率和人工噪声功率最大化安全容量。然而，该方案需要利用到信号零空间，也就是需要发送者的天线数大于接收者的天线数，并且该方案需要激活多根天线发射人工干扰，需要多个射频链路，在提供安全性的基础上，丧失了SM的避免信道间干扰、无需信号同步、减少射频链路等优势。SM系统有自身的特性，比如，天线序号携带比特信息、输入信号为离散输入，激活单根天线等。SM与STBC的结合，在保留SM部分优势的前提下，带来了发射分集的好处。本专利在UC-SM方案的基础上，提出了一种既能恶化窃听节点性能又能在合法接收者处获得两阶的发射分集的物理层安全传输方案。因此，现有的物理层安全技术方法仍然存在一些不足，很有必要在原有方法的基础上加以改进。通过国内专利检索尚未发现与本专利技术技术方案一样的文献报道，有一些相关专利，举例如下：1、专利申请号为CN201610322966.6，专利名称为“面向物理层安全的自适应联合波束和干扰成型的传输方法”的专利技术专利公开了一种面向物理层安全的自适应联合波束和干扰成型的传输方法。该方法主要包括三个阶段：中继分类，信源广播，中继转发。在信息传输前，通过RTS/CTS机制，获得所有的信道信息及确定中继是否适合参与译码转发，中继端的CCN(centralcontrolnode)求解功率约束下的最优权系数矢量。在信源广播阶段，在信源发送信息的同时，那些分类阶段出现译码错误的中继将发送一个目的端已知的取自高斯空间的噪声样本。在中继转发阶段，那些正确译码的中继将作为信息传输的媒介，译码转发源加权的信号。与此同时，干扰集合里的中继转发一个加权的干扰信号。另外，窃听者只是未经过系统鉴权的用户，所以能反馈其信道信息。2、专利申请号为CN201610311569.9，专利名称为“一种在多跳无线网络中基于物理层安全的路由方法”的专利技术专利，该专利公开了一种在多跳无线网络中基于物理层安全的路由方法，该方法可以保证无线环境中信息安全传输概率的最大化，同时具有低算法复杂度以及信息交互代价。本专利技术的特点是：基于窃听节点相互协作与否，来制定相应最优的路由算法，保证合法节点间消息传输时被窃听者获取信息的可能性最小。3、专利申请号为CN201610230517.9，专利名称为“一种抵抗窃听节点窃取信息的物理层安全传输方法”的专利技术专利，该专利公开了一种抵抗窃听节点窃取信息的物理层安全传输方法，包括以下步骤：1)在信息传输开始前，源节点和目的节点均依次发送训练序列，使源节点和目的节点估计出源节点到目的节点的等效信道信息hn,k，其中，n∈{1,...,Nr本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于随机人工噪声的空间调制安全传输方法，其特征在于：在每次传输开始的时候，先确定源节点和目的节点，并源对节点和目的节点依次发送训练序列，这样源节点和目的节点能够估计出二者之间的信道信息；再利用比特交织编码调制技术确定编码，再构造空间调制矩阵集合，并基于这些空间调制矩阵集合，产生所要发送的码字集合，最后通过源节点从码字集合中选择发送码字，并在发送的符号中加入人工噪声，该人工噪声不干扰合法接收者，只干扰窃听节点；对发送的含有人工噪声的码字进行设计，使合法接收者不受噪声的干扰，且能获得两阶的发射分集，而窃听节点的性能因噪声的存在而恶化，从而达到抵抗窃听节点窃取信息的物理层安全传输。

【技术特征摘要】
1.一种基于随机人工噪声的空间调制安全传输方法，其特征在于：在每次传输开始的时候，先确定源节点和目的节点，并源对节点和目的节点依次发送训练序列，这样源节点和目的节点能够估计出二者之间的信道信息；再利用比特交织编码调制技术确定编码，再构造空间调制矩阵集合，并基于这些空间调制矩阵集合，产生所要发送的码字集合，最后通过源节点从码字集合中选择发送码字，并在发送的符号中加入人工噪声，该人工噪声不干扰合法接收者，只干扰窃听节点；对发送的含有人工噪声的码字进行设计，使合法接收者不受噪声的干扰，且能获得两阶的发射分集，而窃听节点的性能因噪声的存在而恶化，从而达到抵抗窃听节点窃取信息的物理层安全传输。2.如权利要求1所述的基于随机人工噪声的空间调制安全传输方法，其特征在于：所述的利用比特交织编码调制技术确定编码是利用源节点将输入信息比特分为两个部分，一部分是符号调制比特；另一部分是空间调制比特；将符号调制比特与空间调制比特进行异或，得到伪空间调制比特；将符号调制比特与空间调制比特进行异或，得到伪空间调制比特；利用伪空间调制比特与符号调制比特选择发送的天线集合和Unitary码字。3.如权利要求1所述的基于随机人工噪声的空间调制安全传输方法，其特征在于：所述的产生所要发送的码字集合是利用右移矩阵和空间调制矩阵基构造空间调制矩阵集合，并基于这些空间调制矩阵集合和酉空时码字，产生所要发送的码字集合。4.如权利要求1所述的基于随机人工噪声的空间调制安全传输方法，其特征在于：所述的通过源节点从码字集合中选择发送码字是源节点...

【专利技术属性】
技术研发人员：江峦，廖学文，陈路，易先林，
申请(专利权)人：湖南国天电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43