[发明专利]多输入单输出系统中基于空移键控的物理层安全传输方法

权利要求书

1.一种多输入单输出系统中基于空移键控的物理层安全传输方法，其特征在于：该传输方法包括以下步骤：

第一步：在物理层安全场景下的多输入单输出通信系统，包括一个源节点S以及两个信宿节点，两个信宿节点都是系统的合法用户；在通信过程中，源节点向一个信宿节点发送信息，该信宿节点为目的节点D；另一个信宿节点意图窃听该信息，为窃听节点E；源节点S装配有M根发送天线，目的节点D和窃听节点E分别装配1根天线，源节点S中的第m根发送天线到目的节点D的信道为源节点S的发送天线到目的节点D的信道集合为源节点S中的第m根发送天线到窃听节点E的信道为所有信道相互独立；目的节点D通过信道估计得到信道窃听节点E通过信道估计得到信道目的节点D和窃听节点E将得到的信道信息反馈至源节点S；M的取值范围为大于1的整数，m＝1,2,...,M；M为大于1的整数；

第二步：源节点信息分组：源节点S将待发送比特信息序列x，按相同比特长度p进行比特分组，共有2^p种分组情况，记为比特分组与源节点的发送天线序号之间一一对应，分组长度p满足p＝log₂M；

第三步：空移键控：按照比特分组与源节点的发送天线序号之间的对应，源节点将信息比特分组包含的比特信息映射到对应序号的发送天线上；基于无线信道的随机唯一特性，进行发送天线选择的过程等效于信道选择的过程；通过空移键控，源节点发送天线序号成为了信源信息的承载体，被选中传输信号的发送天线总是发送二进制相移键控信号中的符号1，该符号1记为x₀，|x₀|²＝1，未被选中的M-1根天线保持静默，不发送任何信号；

第四步：预编码处理：源节点对各发送天线发送的符号进行预编码处理，被选中传输信号的第m根发送天线发送符号x₀时，对x₀乘以一个预编码系数α_m，α_m满足式(1)：

αmhSmE=αm2hSm2E]]>  式(1)

其中，表示M根发送天线中的第m₂根发送天线的预编码系数，且m₂≠m，表示第m₂根发送天线到窃听节点E的信道。

2.按照权利要求1所述的多输入单输出系统中基于空移键控的物理层安全传输方法，其特征在于：还包括第五步：检测空移键控信息：源节点首先将预编码系数发送给目的节点，源节点共有M根发送天线，共有M种接收信号可能，假设目的节点实际接收到的信号为y_D，按照式(2)测算y_D与各种可能接收信号之间的欧氏距离：

|yD-PαmhSmDx0|2]]>  式(2)

其中，P表示源节点的发射功率，α_m表示第m根发送天线的预编码系数；

从上述所得M个欧氏距离中选取最小值所对应发送天线序号，为源节点信息映射到的源节点发送天线序号，从而得到该发送天线序号所对应的源节点发送的信息比特分组；目的节点进行信息检测，按照式(3)采用最大似然检测算法：

  式(3)

其中，表示目的节点对发送天线序号的检测值；

目的节点的平均成对差错概率为：

APEPD=1M(M-1)Σm=1MΣm2=1m2≠mMQ(|PαmhSmD-Pαm2hSm2D|2σ)]]>  式(4)

其中，APEP_D表示目的节点的平均成对差错概率，Q表示互补误差函数，σ表示噪声功率；表示M根发送天线中的第m₂根发送天线的预编码系数，且m₂≠m，表示第m₂根发送天线到目的节点D的信道；

对窃听节点而言，由于式(1)的存在，无论源节点选择哪根发送天线传输信号，窃听节点的接收信号y_E为：

yE=Pα1hS1Ex0+vE]]>  式(5)

其中，v_E表示窃听节点的接收噪声；

窃听节点的平均成对差错概率APEP_E为：

APEPE=1M(M-1)Σm=1MΣm2=1m2≠mMQ(0)=0.5.]]>