【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线通信，尤其涉及一种实际离散符号输入系统对抗多窃听的传输方法。
技术介绍
1、无线通信技术已经是日常生活中的一部分，随着越来越多的数据通过无线链路传输，保持传输数据的机密性，防止传输信息的破坏和验证通信的真实性是无线网络中最重要的安全要求。传统的通信安全是基于密钥分发与复杂的管理协议实现，但在分散的无线网络中很难保证通信安全。与之相比，物理层安全技术在加强数据安全传输方面是对传统加密管理的补充甚至是替代。物理层安全的基本思想是利用信道固有的随机性来实现数据保护，其对窃听者的计算能力没有限制且不需要复杂的密钥分发以及管理。因此，物理层安全在加强无线通信安全方面受到了极大关注。
2、近年来，大部分的研究都致力于解决高斯输入假设下的数据安全传输问题，而关于实际离散符号输入的安全问题却很少研究。然而众所周知，高斯输入假设下所描述的是一种理想化状态，其所对应的是信道容量而不是传输速率。在实际中用于传输的信号是借助从标准星座诸如相移键控或正交调幅中提取的离散符号，其所对应的是真实数据传输速率。事实上，高斯输入所对应的信道容量可以被理解为离散符号输入所获得传输速率的不可达到的上界。因此，基于离散符号输入的无线通信安全的具有重要研究价值。
3、与基于高斯输入假设的优化问题相比，分析和优化离散符号输入问题变得异常复杂，这主要是由于：1）安全速率表达式缺乏封闭形式，导致问题无法直接优化；2）信道矩阵、星座点以及信噪比等多参数耦合的复杂关系导致对优化问题的分析更加困难。通过多指数衰减拟合函数替代非闭合的互信息量
4、值得注意，以往的工作都集中在如何提高安全速率的研究上，虽然安全速率最大化策略在一定程度上能提高离散符号输入系统的安全水平，但由于信道的随机性，尤其是在低信噪比的区域中保密中断事件仍然频繁发生，所以将具有可控性的可靠中断概率和安全中断概率引入安全性优化问题中，使在此约束下的优化问题更加完善；并且针对多窃听场景下，严格限制所有窃听机拦截合法信息，保证通信系统的传输安全，即确保其中最差安全通信的服务质量较高，鉴于此，本专利技术提出一种实际离散符号输入系统对抗多窃听的传输方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种实际离散符号输入系统对抗多窃听的传输方法，以解决上述技术问题。
2、本专利技术为解决上述技术问题，采用以下技术方案来实现：
3、一种实际离散符号输入系统对抗多窃听的传输方法，具体包括以下步骤：
4、s1、构建多窃听场景下的通信系统模型：选取发射机、全双工期望接收机和多个监听机作为通信系统模型的实体研究对象；
5、s2、提出基于实际离散符号输入的安全可靠传输概念并构建最大化最小安全速率优化问题：建立基于离散符号输入的互信息量表征通信速率的目标函数表达式，设计可靠中断概率和安全中断概率，构建冗余速率以表征安全中断性能，从而建立最大化最小安全速率优化问题；
6、s3、优化目标函数：对s2中所构建优化问题的目标函数进行分析并化简，由于非闭合的互信息量表征通信速率的目标函数存在，利用多指数衰减拟合函数准确估计互信息量实现精确替代，以规避复杂的期望运算从而有效降低了计算复杂度；
7、s4、推导可靠中断概率和安全中断概率约束的解析表达式并构建优化问题的等价封闭形式：提出定理1和定理2给出这对概率的解析表达式并进行证明，其具体内容包括引入多个辅助变量推导其解析表达式，并通过辅助变量与优化变量间的单映射关系重构优化问题的等价封闭形式；
8、s5、简化优化问题：对上述步骤所构建的优化问题进行分析并化简，同时引入辅助变量将非凸问题转化成标准的凸问题形式执行并证明，最后通过凸优化工具进行求解。
9、优选的，所述构建多窃听场景下的通信系统模型，具体包括以下内容：发射机、期望接收机和窃听机均为单天线；期望接收机以全双工工作模式进行工作，其接收到机密信息的同时发射人工噪声破坏窃听机的解码性能。
10、优选的，所述基于实际离散符号输入的安全可靠传输概念以及构建最大化最小安全速率优化问题，具体包括以下内容：发射机拟采用窃听码向期望接收机传输私密信息，包括利用码字速率和冗余率来表征通信系统的安全性能。
11、优选的，所述简化目标函数，具体包括以下内容：
12、利用多指数衰减拟合方法估计非闭合表达式/；
13、a1、具体来说，可重写为：
14、
15、其中，，、和为采用阶调制所确定的系数；
16、a2、同样的，多指数衰减拟合函数替代的表达式为：
17、
18、其中，，其它符号的物理意义上述表述相同。
19、优选的，定理1、定理2的具体内容为：
20、
21、。
22、优选的，所述简化优化问题具体内容包括：针对定理1、定理2中对于任何优化变量以非凹最大化形式执行并且优化变量、和在约束条件中高度耦合，导致进一步求解优化问题，将优化问题转换成非凹最大化问题进行求解。
23、本专利技术的有益效果是：
24、1、本专利技术面向实际的离散符号输入通信系统，在容忍中断概率下设计出安全传输框架及其算法，构建了具有闭合形式的最大化所有窃听机中最小安全速率优化问题。
25、2、本专利技术利用多个优化变量的耦合关系推导出基于离散符号的可靠中断概率和安全中断概率解析表达式，有利于进一步求解优化问题。
26、3、本专利技术提供了一种实际离散符号输入系统对抗多窃听的传输方法，引入多个辅助变量重构非凹目标函数以及非凸约束，然后利用连续凸近似技术及迭代策略的求解优化问题的最优解。
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1.一种实际离散符号输入系统对抗多窃听的传输方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的实际离散符号输入系统对抗多窃听的传输方法，其特征在于：所述构建多窃听场景下的通信系统模型，具体包括以下内容：发射机、期望接收机和窃听机均为单天线；期望接收机以全双工工作模式进行工作，其接收到机密信息的同时发射人工噪声破坏窃听机的解码性能。
3.根据权利要求1所述的实际离散符号输入系统对抗多窃听的传输方法，其特征在于：所述基于实际离散符号输入的安全可靠传输概念以及构建最大化最小安全速率优化问题，具体包括以下内容：发射机拟采用窃听码向期望接收机传输私密信息，包括利用码字速率Ra,b和冗余率Re,k来表征通信系统的安全性能。
4.根据权利要求1所述的实际离散符号输入系统对抗多窃听的传输方法，其特征在于：所述优化目标函数，具体包括以下内容：
5.根据权利要求1所述的实际离散符号输入系统对抗多窃听的传输方法，其特征在于：所述定理1、定理2的具体内容为：
6.根据权利要求1所述的实际离散符号输入系统对抗多窃听的传输方法，其特征在
...【技术特征摘要】
1.一种实际离散符号输入系统对抗多窃听的传输方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的实际离散符号输入系统对抗多窃听的传输方法，其特征在于：所述构建多窃听场景下的通信系统模型，具体包括以下内容：发射机、期望接收机和窃听机均为单天线；期望接收机以全双工工作模式进行工作，其接收到机密信息的同时发射人工噪声破坏窃听机的解码性能。
3.根据权利要求1所述的实际离散符号输入系统对抗多窃听的传输方法，其特征在于：所述基于实际离散符号输入的安全可靠传输概念以及构建最大化最小安全速率优化问题，具体包括以下内容：发射机拟采用窃听码向期望接收机传输私密信息，包括利用码字速...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐浩，夏桂阳，周小波，沈桐，辜丽川，
申请(专利权)人：安徽农业大学，
类型：发明
国别省市：
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