基于速率分割多址接入的预编码优化安全传输方法技术

基于速率分割多址接入的预编码优化安全传输方法，涉及通信技术领域，针对现有技术中无线传输安全性低的问题，本申请作为速率分割多址接入网络中安全通信的新方案，针对速率分割多址接入网络的安全传输问题展开了细致研究，考虑到物理层安全的技术优势，将速率分割多址接入与物理层安全技术中的预编码优化结合起来，利用发射端多天线预编码向量设计，提升共有信息的可达传输速率的同时，有效保障了私有信息的安全性。本发明专利技术优化方案无需消耗额外功率资源，预编码优化算法计算复杂度低，安全性能提升效果明显，为速率分割多址接入系统的安全方案提供了重要的技术参考。的安全方案提供了重要的技术参考。的安全方案提供了重要的技术参考。

Precoding optimized secure transmission method based on rate division multiple access

【技术实现步骤摘要】
基于速率分割多址接入的预编码优化安全传输方法


[0001]本专利技术涉及通信
，具体为基于速率分割多址接入的预编码优化安全传输方法。

技术介绍

[0002]由于无线传输所固有的开放式通信环境，使得其比有线通信更容易受到恶意窃听与攻击，无线信道下的合法传输受到严重干扰与威胁。因此，针对无线网络的安全漏洞，应设计有效的防御机制来提高通信的安全性能。正因为如此，物理层安全技术的有关研究和方案逐渐发展起来，以协助无线用户或节点对抗物理层的恶意窃听者。其中，最为受到重视的就是波束成型方案，多用户合作方案，人工干扰方案及其综合应用。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是：针对现有技术中无线传输安全性低的问题，提出基于速率分割多址接入的预编码优化安全传输方法
[0004]本专利技术为了解决上述技术问题采取的技术方案是：
[0005]基于速率分割多址接入的预编码优化安全传输方法，包括发射端和接收端，所述发射端执行如下步骤：
[0006]步骤一：分别将待发送给用户1和用户2的信息W
i
分成私有信息W
ip
和公有信息W
ic
；
[0007]步骤二：将私有信息W
ip
和公有信息W
ic
进行编码，得到私有编码信息x
i
及公有编码信息x
c
，其中
[0008]步骤三：将私有编码信息x
i
及公有编码信息x
c
进行预编码，得到x
i
的预编码向量w
i
及公有x
c
的预编码向量w
c
，预编码的维度均为M
×
1，其中M为天线数量；
[0009]步骤四：将预编码向量w
i
及预编码向量w
c
进行优化后，得到发射信号，并进行发射；
[0010]所述优化过程为：
[0011][0012]s.t.
[0013][0014][0015][0016]其中，α
i
为权重，为传输门限值，为用户i私有信息的传输速率，C
i
为共有信息的可达传输速率里的用户i的占比，i∈{1,2}，C
j
为共有信息的可达传输速率里的用户j的占比，j＝1,2，P
S
为发射端的总功率，为用户i处解调x
c
的信干噪比，为C
i
的门限值；
[0017]所述接收端执行如下步骤：
[0018]步骤五：接收信号，并将接收到的信号进行解调，得到私有编码信息x
i
及公有编码信息x
c
。
[0019]进一步的，所述步骤二中将私有信息W
ip
和公有信息W
ic
进行编码依据合法用户共有的密码本进行。
[0020]进一步的，所述步骤四中发射信号表示为：
[0021][0022]进一步的，当用户2中的信息全部为公有编码信息x
c
时，发射信号表示为：
[0023]s
N
＝w1x1+w
c
x
c
。
[0024]进一步的，当用户2中的信息全部为私有编码信息xi时，发射信号表示为：
[0025]s
S
＝w1x1+w2x2。
[0026]进一步的，所述步骤五中解调包括用户处解调和窃听处解调；
[0027]所述用户处解调包括以下步骤：
[0028]首先将接收到的信号进行解调，得到私有编码信息x
i
、公有编码信息x
c
以及公有编码信息x
c
的可达速率R
c
，R
c
＝C1+C2，之后将私有编码信息x
i
作为干扰，然后用户i采用串行干扰消除x
c
，再将剩余干扰信息作为分母解调x
i
，私有信息x
i
的速率为：
[0029][0030]所述窃听处解调包括以下步骤：
[0031]首先解调私有编码信息x
i
，其解调SINR为其中，h
e
为发射端与窃听端之间的信道衰落，w
k
为用户k处的预编码向量，σ2为噪声功率。
[0032]进一步的，所述天线数量M为4。
[0033]进一步的，所述发射端的总功率预算P
S
为40毫瓦到100毫瓦。
[0034]本专利技术的有益效果是：
[0035]本申请是基于速率分割多址接入(RSMA)技术的物理层安全传输研究。与其他经典的多址接入技术相比，速率分割多址接入技术更灵活，也更具备基础性和多变性，这是因为速率分割多址接入网络的发射基站会把用户信息分成两部分，分别称为公有和私有信息，所有用户的共有信息将被合成共有码流发射出去。在速率分割多址接入网络的接收用户或节点处，共有信息被先解调出来并将其在信息流中去掉，以获取更好的解调接收端点自身所需信息的信干噪比，之后，将其余用户私有信息视为干扰，私有信息在各个接收端点被直接解码。因此，基于速率分割多址接入技术信息发射和解调特性，物理层安全技术可以被很好利用，基站处发射预编码被优化以提升安全性的同时，速率分割多址接入技术的灵活解调更是便于私有信息的隐藏和安全传输。随着本专利技术安全传输框架的建立和优化方案的提
出，无线多址接入网络的安全传输速率和保密性能被大大提升。
[0036]本申请作为速率分割多址接入网络中安全通信的新方案，针对速率分割多址接入网络的安全传输问题展开了细致研究，考虑到物理层安全的技术优势，将速率分割多址接入与物理层安全技术中的预编码优化结合起来，利用发射端多天线预编码向量设计，提升共有信息的可达传输速率的同时，有效保障了私有信息的安全性。本专利技术优化方案无需消耗额外功率资源，预编码优化算法计算复杂度低，安全性能提升效果明显，为速率分割多址接入系统的安全方案提供了重要的技术参考。
附图说明
[0037]图1为速率分割多址接入网络构建与其编解码技术示意图；
[0038]图2为基于速率分割多址接入的预编码优化安全传输框架下，三种多址接入的关系比较示意图；
[0039]图3为随着所提出优化算法中的迭代次数变化，公有信息速率R
c
的收敛性分析图；
[0040]图4为随着α1和变化，共有信息速率的效果分析图；
[0041]图5为随着r
1th
和P
S
变化，安全速率与窃听速率的效果分析图；
[0042]图6为随着r
1th
和P
S
变化，安全速率与窃听速率的效果分析图；
[0043]图7为随着M,d
e
和Ps变化，安全速率的效果分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于速率分割多址接入的预编码优化安全传输方法，包括发射端和接收端，其特征在于所述发射端执行如下步骤：步骤一：分别将待发送给用户1和用户2的信息W
i
分成私有信息W
ip
和公有信息W
ic
；步骤二：将私有信息W
ip
和公有信息W
ic
进行编码，得到私有编码信息x
i
及公有编码信息x
c
，其中步骤三：将私有编码信息x
i
及公有编码信息x
c
进行预编码，得到x
i
的预编码向量w
i
及公有x
c
的预编码向量w
c
，预编码的维度均为M
×
1，其中M为天线数量；步骤四：将预编码向量w
i
及预编码向量w
c
进行优化后，得到发射信号，并进行发射；所述优化过程为：所述优化过程为：所述优化过程为：所述优化过程为：所述优化过程为：其中，α
i
为权重，r
ith
为传输门限值，为用户i私有信息的传输速率，C
i
为共有信息的可达传输速率里的用户i的占比，i∈{1,2}，C
j
为共有信息的可达传输速率里的用户j的占比，j＝1,2，P
S
为发射端的总功率，为用户i处解调x
c
的信干噪比，为C
i
的门限值；所述接收端执行如下步骤：步骤五：接收信号，并将接收到的信号进行解调，得到私有编码信息x
i
及公有编码信息x
c
。2.根据权利要求1所述的基于速率分割多址接入的预编码优化安全传输方法，其特征在于所述步骤二中将私有信息W
ip
和公有信息W
ic
进...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨柱天，朱伟强，李冬冬，王昀，杨蔚，杨佳敏，
申请(专利权)人：中国航天科工集团八五一一研究所，
类型：发明
国别省市：