用于卫星通信网络物理层安全通信的功率分配方法组成比例

用于卫星通信网络物理层安全通信的功率分配方法，涉及卫星通信网物理层信道通信安全领域。解决了由于星地通信网络中，合法信道与窃听信道相同或近似，导致无法根据合法信道与窃听信道间的差异性实现星地通信网络物理层安全通信及无法提高安全通信能力的问题。首先，获得合法接收端Bob收到的信号yd和窃听接收端Eve收到的信号ye；根据信号yd和ye，获得卫星Alice至合法接收端Bob的信道保密容量Cs(α)；对Cs(α)进行容量最大化处理，获得Cs(α)最大值时所对应的最优的功率分配因子α

Power allocation method for physical layer secure communication in satellite communication network

The power allocation method for secure communication in physical layer of satellite communication network relates to the security field of channel communication in physical layer of satellite communication network. In satellite-to-ground communication network, the same or similar legal channel and eavesdropping channel make it impossible to realize secure communication in physical layer of satellite-to-ground communication network according to the difference between legal channel and eavesdropping channel and to improve the ability of secure communication. Firstly, the YD received by the legitimate receiver Bob and the ye received by the eavesdropping receiver Eve are obtained; according to the YD and ye, the channel confidentiality capacity Cs (a) from the satellite Alice to the legitimate receiver Bob is obtained; and the capacity maximization of Cs (a) is processed to obtain the optimal power allocation factor alpha corresponding to the maximum value of Cs (a).

【技术实现步骤摘要】
用于卫星通信网络物理层安全通信的功率分配方法
本专利技术涉及卫星通信网物理层信道通信安全领域。
技术介绍
由于陆地网络的局限性，其越来越不能满足日益增长的通信需求，卫星通信将被更加广泛地应用。然而卫星通信作为无线通信的典型应用，因其固有的广播性质和广泛的覆盖区域，面临严重的无线通信安全问题。尤其在军用卫星通信方面，安全通信保障要求更是至关重要，如何实现卫星通信的安全是一个必须要面对的问题。相比传统用于通信安全的密钥加密方式，新型并趋于实用的物理层安全技术作为一种新的选择，填补了密钥加密方式的许多不足，有着诸多优点：(1)物理层安全可以抵御量子攻击。一旦量子计算进入实用阶段，传统的加密方式在量子计算暴力分析下将受到极其严峻的挑战。(2)无线传播信道的唯一性、保密性、互异性提供了物理层安全的研究空间。多载波技术、多天线技术及协同中继技术等的出现，增加了信号在频域和空域上的自由度。(3)无线传输技术与物理层安全技术有着天然的共性和联系，物理层安全实现方式更为便利。它不需要考虑其他的安全协议如何执行，也不需要消耗大量的通信资源或基础设施。并且，它还可以在解调之前快速验证节点的合法性，减少了浪本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于卫星通信网络物理层安全通信的功率分配方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：卫星Alice向地面上的合法接收端Bob发射数据信号，同时，协作干扰中继Relay向合法接收端Bob和窃听接收端Eve发射干扰信号，并根据卫星Alice发射的数据信号和协作干扰中继Relay发射的干扰信号获得合法接收端Bob收到的信号yd和窃听接收端Eve收到的信号ye；步骤二：根据信号yd和ye，获得卫星Alice至合法接收端Bob的信道保密容量Cs(α)；其中，α表示功率分配因子；步骤三：对保密容量Cs(α)进行容量最大化处理，获得保密容量Cs(α)最大值时所对应的最优的功率分配因子α*；步骤四：根据最优的...

【技术特征摘要】
1.用于卫星通信网络物理层安全通信的功率分配方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：卫星Alice向地面上的合法接收端Bob发射数据信号，同时，协作干扰中继Relay向合法接收端Bob和窃听接收端Eve发射干扰信号，并根据卫星Alice发射的数据信号和协作干扰中继Relay发射的干扰信号获得合法接收端Bob收到的信号yd和窃听接收端Eve收到的信号ye；步骤二：根据信号yd和ye，获得卫星Alice至合法接收端Bob的信道保密容量Cs(α)；其中，α表示功率分配因子；步骤三：对保密容量Cs(α)进行容量最大化处理，获得保密容量Cs(α)最大值时所对应的最优的功率分配因子α*；步骤四：根据最优的功率分配因子α*，获得卫星Alice的发射功率Ps和协作干扰中继Relay的发射功率Pr，从而完成了卫星Alice通信系统在进行数据传输时，卫星Alice和协作干扰中继Relay信号发射功率的分配。2.根据权利要求1所述的用于卫星通信网络物理层安全通信的功率分配方法，其特征在于，步骤一中，所述合法接收端Bob收到的信号yd模型为：窃听接收端Eve收到的信号ye模型为：P为总发射功率，P＝Ps+Pr；hsd为卫星Alice到合法接收端Bob间的信道状态信息矢量，表示Ns行1列的复数矩阵；xs为卫星Alice发射的有用信号，表示Ns个元素的复数矢量；hrd为协作干扰中继Relay到合法接收端Bob间的信道状态信息矢量，表示Nr行1列的复数矩阵；xz为协作干扰中继Relay向窃听接收端Eve发送的人工噪声干扰信号；nd为合法接收端Bob的加性复高斯随机噪声，表示服从均值为0，方差为的复高斯分布的随机变量的集合，表示nd的方差；hse为卫星Alice到窃听接收端Eve间的信道状态信息矢量，hre为协作干扰中继Relay到窃听接收端Eve间的信道状态信息矢量，ne为窃听接收端Eve的加性复高斯随机噪声，表示服从均值为0，方差为的复高斯分布的随机变量的集合，表示ne的方差。3.根据权利要求2所述的用于卫星通信网络物理层安全通信的功率分配方法，其特征在于，步骤二中，根据信号yd和ye，获得卫星Alice至合法接收端Bob的信道保密容量Cs(α)的具体过程为：首先，根据信号yd，获得合法接收端Bob的信干噪比γd；根据信号ye，获得窃听接收端Eve的信干噪比γe；其次，根据信干噪比γd和信干噪比γe，获得卫星Alice至合法接收端Bob的信道保密容量Cs(α)；其中，Cs(α)＝[log2(1+γd)-log2...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩帅，台祥雪，孟维晓，高辞源，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23