一种基于物理层安全传输的多播方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供了一种基于物理层安全传输的多播方法及装置，该方法包括根据导频训练序列估计每个多播用户的信道状态信息；当第一数量小于第二数量时，根据估计的信道状态信息，获得保密容量，从所获得的最大保密容量对应的多播用户中确定目标多播用户，并将最大保密容量对应的子载波确定为目标子载波；根据估计的信道状态信息，将目标子载波分别加载到目标多播用户对应的主信道的零空间内，得到目标信道；在每个零空间内分别对应引入人工噪声，并将人工噪声和待发送的数据进行叠加，将叠加后的信号通过每个目标多播用户的目标信道进行发送。本发明专利技术实施例提供的方案在保证多播组中每个用户的不同保密QoS需求时，能够保证数据的正确性。

A multicast method and device based on physical layer secure transmission

The embodiment of the present invention provides a multicast method and device based on physical layer secure transmission, which includes estimating channel state information of each multicast user according to pilot training sequence; when the first number is less than the second number, according to the estimated channel state information, obtaining the confidentiality capacity and maximizing the confidentiality obtained from the estimated channel state information. The target multicast user is identified among the multicast users with corresponding capacity, and the subcarriers corresponding to the maximum confidentiality capacity are identified as the target subcarriers. According to the estimated channel state information, the target subcarriers are loaded into the zero space of the main channel corresponding to the target multicast user, and the target channel is obtained. In each zero space, the target subcarriers are separately loaded into the zero space corresponding to the target multicast user. Artificial noise is introduced and superimposed on the data to be transmitted. The superimposed signal is transmitted through the target channel of each target multicast user. The scheme provided by the embodiment of the present invention can ensure the correctness of data when guaranteeing the different security QoS requirements of each user in a multicast group.

【技术实现步骤摘要】
一种基于物理层安全传输的多播方法及装置
本专利技术涉及无线通信的安全多播传输
，特别是涉及一种基于物理层安全传输的多播方法及装置。
技术介绍
随着宽带无线通信技术的发展，5G网络正朝着多元化、宽带化、综合化、智能化的方向演进。基于OFDMA(OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess，正交频分多址接入)的多媒体广播/多播(MBMS，MultimediaBroadcastMulticastService，简称多播)技术可以利用同一时频资源为多个用户传输相同的业务。由于发射端即基站端和各个用户之间的无线信道存在差异，因此多播传输中需要统筹考虑发射端和所有用户之间的无线信道信息。传统的多播传输中，为了保证所有用户均能正确接收数据，多播传输速率受限于多播系统中最差用户的信道容量，这种传输模式下，即使信道质量较好、能够支持很高数据传输速率的用户，也只能按照多播系统中最差用户能够接收的多播传输速率进行多播传输。因此，传统多播无法充分利用各个用户的接收能力，多播传输速率很低，多播系统吞吐量性能较差。为了满足多播用户的QoS需求，提升多播系统吞吐量等系统性能，目前提出了一种物理层安全传输的多播方法，该方法是在发送端采用多根天线进行发送和接收数据，接收方为多播用户，每个多播用户采用单天线发送和接收数据，其中，基站端通过导频训练序列得到每个多播用户即合法用户的信道状态信息后，在该合法用户的主信道内添加人工噪声，以使窃听用户受到人工噪声干扰，而无法接收到正确的数据。应用该方法虽然能够安全传输数据，但是该方法在发送端天线数量低于接收端天线数量时，难以在众多合法用户的信道矢量的正交空间产生有效的人工噪声，即使产生了人工噪声，也会破坏合法用户接收到的信号，进而无法保证接收数据的正确性。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种基于物理层安全传输的多播方法及装置，在保证多播组中每个用户的不同保密QoS需求时，能够保证数据的正确性。具体技术方案如下：一种基于物理层安全传输的多播方法，应用于基站，所述方法包括：根据导频训练序列估计每个多播用户的信道状态信息；当第一数量小于第二数量时，根据估计得到的每个多播用户的信道状态信息，获得每一待接收数据的多播用户分别在各个子载波上的保密容量，从所获得的最大保密容量对应的多播用户中确定数量满足预设条件的目标多播用户，并将所述目标多播用户所对应最大保密容量对应的子载波确定为目标子载波；其中，所述第一数量为：基站所配置天线的数量，所述第二数量为：待接收数据的多播用户设有的天线数量之和，所述预设条件为：目标多播用户的数量小于所述第一数量；根据估计得到的多播用户的信道状态信息，将所述目标子载波分别加载到目标多播用户对应的主信道的零空间内，得到每个目标多播用户的目标信道；在每个目标多播用户的所述目标信道零空间内分别对应引入人工噪声，并将人工噪声和待发送的数据进行叠加，将叠加后的信号通过每个目标多播用户的目标信道进行发送。进一步地，在所述根据导频训练序列估计每个多播用户的信道状态信息之后，所述方法还包括：当第一数量不小于第二数量时，在待接收数据的多播用户的主信道的零空间内分别对应引入人工噪声，并将人工噪声和待接收的数据进行叠加，将叠加后的信号通过每个待接收数据的多播用户的主信道进行发送。进一步地，所述待发送的数据包括：采用精细可伸缩性视频编码FGS算法对原始发送数据编码得到的一个基本层数据和多个增强层数据。进一步地，按照以下方式生成所述人工噪声：根据所述导频训练序列，得到第k个目标多播用户在子载波n上所对应的主信道增益矩阵Hk,n与窃听信道增益矩阵He,n；其中，k为第k个目标多播用户的序号，n为子载波的序号，n小于或等于所述子载波的总数；根据得到的Hk,n，在每个目标多播用户的主信道的零空间中随机生成均值为0且满足Hk,nAn＝0的人工噪声An。进一步地，所述根据估计得到的每个多播用户的信道状态信息，获得每一待接收数据的多播用户分别在各个子载波上的保密容量，从所获得的最大保密容量对应的多播用户中确定数量满足预设条件的目标多播用户，并将所述目标多播用户所对应最大保密容量对应的子载波确定为目标子载波，包括：根据估计得到的每个多播用户的信道状态信息，获得每一待接收数据的多播用户分别在各个子载波上的保密容量，按照第一表达式从所获得的最大保密容量对应的多播用户中确定数量满足预设条件的目标多播用户，并将所述目标多播用户所对应最大保密容量对应的子载波确定为目标子载波；所述第一表达式为：其中，和为第k个多播用户在子载波n上的保密速率，αn为子载波n在多播用户信道上的信道增益，βn为子载波n在窃听信道上的信道增益，为主信道上的噪声的加性高斯白噪声的方差，为窃听信道上的噪声的加性高斯白噪声的方差，ωn为基站在子载波n上的波束赋形矢量，H为共轭矩阵，Ln为目标多播用户的总数，N为子载波总数，pn为基站决定给子载波n分配的功率；PT为基站总功率；为满足第k个多播用户的保密QoS需求时所需要的保密速率，K为在所述多播组中多播用户的总数量，为人工噪声的方差；wk,n是0或1，用于表示第k个多播用户是否使用子载波n，如果所述多播用户使用子载波n，则wk,n为1，如果所述多播用户未使用子载波n，则wk,n为0，为所有。进一步地，所述根据估计得到的每个多播用户的信道状态信息，获得每一待接收数据的多播用户分别在各个子载波上的保密容量，从所获得的最大保密容量对应的多播用户中确定数量满足预设条件的目标多播用户，并将所述目标多播用户所对应最大保密容量对应的子载波确定为目标子载波，包括：基于每个目标子载波的功率相等，根据估计得到的每个多播用户的信道状态信息，获得每一待接收数据的多播用户分别在各个子载波上的保密容量，按照第二表达式从所获得的最大保密容量对应的多播用户中确定数量满足预设条件的目标多播用户，并将所述目标多播用户所对应最大保密容量对应的子载波确定为目标子载波；所述第二表达式为：其中，Rks,n为第k个多播用户在子载波n上的保密速率；αn为子载波n在多播用户信道上的信道增益，βn为子载波n在窃听信道上的信道增益，为主信道上的噪声的加性高斯白噪声的方差，为窃听信道上的噪声的加性高斯白噪声的方差，pn为基站决定给子载波n分配的功率，ωn为基站在子载波n上的波束赋形矢量，H为共轭矩阵，Ln为目标多播用户的总数，N为子载波总数，pn为基站决定给子载波n分配的功率；PT为基站总功率，为满足第k个多播用户的保密QoS需求时所需要的保密速率，K为在所述多播组中多播用户的总数量，为人工噪声的方差；wk,n是0或1，用于表示第k个多播用户是否使用子载波n，如果所述多播用户使用子载波n，则wk,n为1，如果所述多播用户未使用子载波n，则wk,n为0，为所有。进一步地，所述基于每个目标子载波的功率相等，根据估计得到的每个多播用户的信道状态信息，获得每一待接收数据的多播用户分别在各个子载波上的保密容量，按照第二表达式从所获得的最大保密容量对应的多播用户中确定数量满足预设条件的目标多播用户，并将所述目标多播用户所对应最大保密容量对应的子载波确定为目标子载波，包括：根据估计得到的每个多播用户的信道状态信息，获得每一待本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于物理层安全传输的多播方法，其特征在于，应用于基站，所述方法包括：根据导频训练序列估计每个多播用户的信道状态信息；当第一数量小于第二数量时，根据估计得到的每个多播用户的信道状态信息，获得每一待接收数据的多播用户分别在各个子载波上的保密容量，从所获得的最大保密容量对应的多播用户中确定数量满足预设条件的目标多播用户，并将所述目标多播用户所对应最大保密容量对应的子载波确定为目标子载波；其中，所述第一数量为：基站所配置天线的数量，所述第二数量为：待接收数据的多播用户设有的天线数量之和，所述预设条件为：目标多播用户的数量小于所述第一数量；根据估计得到的多播用户的信道状态信息，将所述目标子载波分别加载到目标多播用户对应的主信道的零空间内，得到每个目标多播用户的目标信道；在每个目标多播用户的所述目标信道零空间内分别对应引入人工噪声，并将人工噪声和待发送的数据进行叠加，将叠加后的信号通过每个目标多播用户的目标信道进行发送。

【技术特征摘要】
1.一种基于物理层安全传输的多播方法，其特征在于，应用于基站，所述方法包括：根据导频训练序列估计每个多播用户的信道状态信息；当第一数量小于第二数量时，根据估计得到的每个多播用户的信道状态信息，获得每一待接收数据的多播用户分别在各个子载波上的保密容量，从所获得的最大保密容量对应的多播用户中确定数量满足预设条件的目标多播用户，并将所述目标多播用户所对应最大保密容量对应的子载波确定为目标子载波；其中，所述第一数量为：基站所配置天线的数量，所述第二数量为：待接收数据的多播用户设有的天线数量之和，所述预设条件为：目标多播用户的数量小于所述第一数量；根据估计得到的多播用户的信道状态信息，将所述目标子载波分别加载到目标多播用户对应的主信道的零空间内，得到每个目标多播用户的目标信道；在每个目标多播用户的所述目标信道零空间内分别对应引入人工噪声，并将人工噪声和待发送的数据进行叠加，将叠加后的信号通过每个目标多播用户的目标信道进行发送。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述根据导频训练序列估计每个多播用户的信道状态信息之后，所述方法还包括：当第一数量不小于第二数量时，在待接收数据的多播用户的主信道的零空间内分别对应引入人工噪声，并将人工噪声和待接收的数据进行叠加，将叠加后的信号通过每个待接收数据的多播用户的主信道进行发送。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待发送的数据包括：采用精细可伸缩性视频编码FGS算法对原始发送数据编码得到的一个基本层数据和多个增强层数据。4.如权利要求2～3中任一项所述的方法，其特征在于，按照以下方式生成所述人工噪声：根据所述导频训练序列，得到第k个目标多播用户在子载波n上所对应的主信道增益矩阵Hk,n与窃听信道增益矩阵He,n；其中，k为第k个目标多播用户的序号，n为子载波的序号，n小于或等于所述子载波的总数；根据得到的Hk,n，在每个目标多播用户的主信道的零空间中随机生成均值为0且满足Hk,nAn＝0的人工噪声An。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据估计得到的每个多播用户的信道状态信息，获得每一待接收数据的多播用户分别在各个子载波上的保密容量，从所获得的最大保密容量对应的多播用户中确定数量满足预设条件的目标多播用户，并将所述目标多播用户所对应最大保密容量对应的子载波确定为目标子载波，包括：根据估计得到的每个多播用户的信道状态信息，获得每一待接收数据的多播用户分别在各个子载波上的保密容量，按照第一表达式从所获得的最大保密容量对应的多播用户中确定数量满足预设条件的目标多播用户，并将所述目标多播用户所对应最大保密容量对应的子载波确定为目标子载波；所述第一表达式为：其中，αn>βn、pn≥0、wk，n＝{0，1}，和为第k个多播用户在子载波n上的保密速率，αn为子载波n在多播用户信道上的信道增益，βn为子载波n在窃听信道上的信道增益，为主信道上的噪声的加性高斯白噪声的方差，为窃听信道上的噪声的加性高斯白噪声的方差，ωn为基站在子载波n上的波束赋形矢量，H为共轭矩阵，Ln为目标多播用户的总数，N为子载波总数，pn为基站决定给子载波n分配的功率；PT为基站总功率；为满足第k个多播用户的保密QoS需求时所需要的保密速率，K为在所述多播组中多播用户的总数量，为人工噪声的方差；wk,n是0或1，用于表示第k个多播用户是否使用子载波n，如果所述多播用户使用子载波n，则wk,n为1，如果所述多播用户未使用子载波n，则wk,n为0，为所有。6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据估计得到的每个多播用户的信道状态信息，获得每一待接收数据的多播用户分别在各个子载波上的保密容量，从所获得的最大保密容量对应的多播用户中确定数量满足预设条件的目标多播用户，并将所述目标多播用户所对应最大保密容量对应的子载波确定为目标子载波，包括：基于每个目标子载波的功率相等，根据估计得到的每个多播用户的信道状态信息，获得每一待接收数据的多播用户分别在各个子载波上的保密容量，按照...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈雷，拱宝富，孟凡瑞，左国瑞，贾杰，王冰霞，黄子琪，
申请(专利权)人：中国刑事警察学院，
类型：发明
国别省市：辽宁,21