一种基于人工噪声辅助和协作干扰的物理层安全传输制造技术

本发明专利技术涉及一种基于人工噪声辅助和协作干扰的物理层安全传输，包括基于AN辅助的安全传输技术的系统模型和协作干扰安全传输技术的通信系统。本发明专利技术的有益效果是：本发明专利技术的基于人工噪声辅助和协作干扰的物理层安全传输通过设计位于合法用户信道零空间的AN向量，在降低合法用户干扰的同时，增大窃听者的干扰，从而增强系统的安全性，增加窃听者的干扰使其接收到的有用信息恶化，与此同时尽量减少对合法用户的影响，通过连接中断概率随着源节点天线数的增多而降低，并且分集增益为源节点的天线数NS，保密中断概率随着SNR的增大趋于一个恒定的常数，且也随着源节点的天线数的增大而减小，这是因为提供了更多的空间自由度。

A Physical Layer Security Transmission Based on Artificial Noise Assisted and Cooperative Jamming

【技术实现步骤摘要】
一种基于人工噪声辅助和协作干扰的物理层安全传输
本专利技术涉及物理层安全传输
，具体为一种基于人工噪声辅助和协作干扰的物理层安全传输。
技术介绍
由于无线通信的广播特性，无线通信安全极易受到威胁，而窃听是最主要的一种安全问题，随着多天线技术、信号处理技术和编码技术的发展，在物理层实现信息的安全传输成为可能，多天线波束赋形和人工噪声技术是实现物理层安全的重要技术手段。现有的无线通信系统中配置多天线，但利用多天线发射干扰信号的能力较弱，从而影响合法用户信道增益或损害窃听用户的信道，进而影响系统的安全性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于人工噪声辅助和协作干扰的物理层安全传输，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于人工噪声辅助和协作干扰的物理层安全传输，包括基于AN辅助的安全传输技术的系统模型和协作干扰安全传输技术的通信系统。优选的，所述基于AN辅助的安全传输是同时发送AN和有用信号的叠加信号，可以通过合理地设计AN使得合法接收端的信号质量增强，或者使其衰减小于窃听者处的信号质量，达到增大二者之间的互信息差的目的，也达到增强系统安全性能的目的。优选的，所述协作干扰安全传输技术的通信系统是系统里的空闲节点、友好节点或私有节点都可以充当协作节点，发送干扰信号。与现有技术相比，具备以下有益效果：本专利技术的基于人工噪声辅助和协作干扰的物理层安全传输通过设计位于合法用户信道零空间的AN向量，在降低合法用户干扰的同时，增大窃听者的干扰，从而增强系统的安全性，增加窃听者的干扰使其接收到的有用信息恶化，与此同时尽量减少对合法用户的影响，通过连接中断概率随着源节点天线数的增多而降低，并且分集增益为源节点的天线数NS，保密中断概率随着SNR的增大趋于一个恒定的常数，且也随着源节点的天线数的增大而减小，这是因为提供了更多的空间自由度，因此，基于AN辅助的安全传输系统中，增大源节点的天线数可以提高系统的可靠性和安全性，通过天线数目的增多，其所获得的增益逐渐变小，因此，基于AN辅助的安全传输系统中，增大源节点的天线数可以提高系统的遍历可达保密速率。附图说明图1为本专利技术中连接中断概率和保密中断概率随着SNR变化的曲线结构示意图；图2为本专利技术中连接中断概率-保密中断概率折中性能界随源节点天线数变化曲线结构示意图；图3为本专利技术中遍历可达保密速率与SNR的曲线结构示意图；图4为本专利技术中连接中断概率和保密中断概率与功率分配因子φ的关系结构示意图；图5为本专利技术中遍历保密速率和遍历可达保密速率随着功率分配因子φ的变化曲线结构示意图；图6为本专利技术中连接中断概率和保密中断概率随着SNR变化的曲线结构示意图；图7为本专利技术中连接中断概率-保密中断概率折中性能界随节点天线数变化曲线结构示意图；图8为本专利技术中遍历可达保密速率与SNR的曲线结构示意图；图9为本专利技术中连接中断概率和保密中断概率与功率分配因子α和φ的关系结构示意图；图10为本专利技术中遍历可达保密速率(EASR)与功率分配因子α和φ的关系结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供一种技术方案：一种基于人工噪声辅助和协作干扰的物理层安全传输，包括基于AN辅助的安全传输技术的系统模型和协作干扰安全传输技术的通信系统。进一步的，基于AN辅助的安全传输是同时发送AN和有用信号的叠加信号，可以通过合理地设计AN使得合法接收端的信号质量增强，或者使其衰减小于窃听者处的信号质量，达到增大二者之间的互信息差的目的，也达到增强系统安全性能的目的。进一步的，协作干扰安全传输技术的通信系统是系统里的空闲节点、友好节点或私有节点都可以充当协作节点，发送干扰信号。实施例1窃听者Eve配置单天线，即MISOSE场景，这里假设源节点Alice具有天线数NS，其余节点都采用单天线。假设信道都是准静态的Rayleigh信道，即在每一个传输块内信道CSI不变，不同传输块间信道CSI是独立变化的。Alice可以获得理想的合法用户信道CSI，由于窃听者Eve是被动窃听用户，Alice到窃听者Eve处的信道CSI未知。Alice发送保密信号和AN的叠加信号给Bob，则合法用户的接收信号yb和窃听者Eve处的接收信号可以分别表示为其中表示合法信道系数向量，表示窃听信道系数向量，hab和hae的各元素分别是服从零均值方差为λ1独立同分布(i.i.d)的复高斯随机变量，nb,ne分别是是合法用户Bob和窃听者Eve接收机处均值为0方差为N0的AWGN信号。为Alice发送的信息，可以写为其中x～CN(0,1)和相互独立分别表示目的节点数据符号和AN高斯噪声向量。PS为源节点Alice的发送功率，式右边第一项表示信息符号，发送信息的波束向量v＝hab/||hsd||是源节点S的单位范数波束赋形向量，φ∈[0,1]表示PS中分配给信号部分的比例。第二项表示源节点S发射的AN，是hab的零空间null(hab)的正交基，这样可以保证发送的AN不对Bob产生影响，同时可以恶化Eve的接收性能。由于Alice未知窃听信道CSI，AN的发射功率平均分布在hab的零空间。需要注意的是，AN虽然可以降低窃听者Eve处的信号接收质量，但与此同时减少了合法信息的发送功率。因此，需要精心设计和优化信号和AN发送功率的分配因子以达到增强安全性同时尽量减少对系统性能的影响。将上式代入可得Bob和Eve处的接收信号分别为由于V＝null(hab)，从而可得目的节点Bob和窃听节点Eve接收机处的信噪比(SNR)和信干噪比(SINR)分别为根据安全编码理论，保密信息首先经过编码后再进行传输。定义保密信息速率为Rs，发送的码字速率为Rt。源节点以恒定的速率发送信息给合法用户，由于信道的随机性，无法保证完全正确的传输；当合法信道的容量低于Rt时，发生连接中断(ConnectionOutage，CO)，其概率定义为连接中断概率(COP)。类似地，当窃听信道的容量大于Re＝Rt-Rs时，不能保证完全的保密性，此时Eve可以截获所需传输的保密信息，这一概率定义为保密中断概率(SecrecyOutageProbability，SOP)。下面计算系统的COP和SOP。||hab||2可看做是NS个服从独立同分布指数的叠加，根据COP的定义，可知令ρs＝φPS,ρa＝(1-φ)PS/NS-1，向量v和矩阵V构成了的一组正交基，则服从指数分布Exp(λ2)，服从Gamma分布，即Y～Gamma(NS-1,λ2)，且X和Y相互独立。考虑最差的情形，忽略Eve处的噪声，从而系统的SOP可以计算为其中讨论：(1)由可以看出系统的连接中断概率和发送功率PS有关，且随着PS的增大而减小，而保密中断概率与发送功率PS无关，与功率分配因子φ有关。当给定φ时，保密中断概率趋近于常数。当PS→∞时，系统的连接中断概率可写为从而可得其分集阶数为d＝NS，即发送天线数目。(2)COP是关于φ的减函数，SOP本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于人工噪声辅助和协作干扰的物理层安全传输，其特征在于，包括基于AN辅助的安全传输技术的系统模型和协作干扰安全传输技术的通信系统。

【技术特征摘要】
1.一种基于人工噪声辅助和协作干扰的物理层安全传输，其特征在于，包括基于AN辅助的安全传输技术的系统模型和协作干扰安全传输技术的通信系统。2.根据权利要求1所述的一种基于人工噪声辅助和协作干扰的物理层安全传输，其特征在于：所述基于AN辅助的安全传输是同时发送AN和有用信号的叠加信号，可以通过合理地设计AN使得合...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁威，孙晶晶，刘宇，
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