[发明专利]5G通信系统中基于下行反馈辅助的上行安全传输方法

说明书

本发明公开一种5G通信系统中基于下行反馈辅助的上行安全传输方法，第一阶段：多天线基站端利用波束形成技术同时在下行链路上发送人工干扰和人工噪声信号；单天线用户端完成对基站端发射信号的接收，并将接收到的信号加扰到待发的保密信号上以形成混合发射信号；第二阶段：用户端广播这一混合发射信号；基站端完成对混合发射信号的接收。由于基站端已知自身所发人工干扰信号，因而能够从接收信号中分离出期望的保密信号。而单天线无源窃听端在两阶段传输过程中接收到的均为混合信号，且无法获知关于人工干扰和人工噪声信号的任何先验信息，为此其窃取保密信息的可能性较低，从而最终有效保障了5G上行链路单输入多输出系统的传输安全性。

技术领域

本发明涉及一种无线通信系统的安全传输方法，尤其涉及一种针对时分双工模式下的5G上行单输入多输出(SIMO)无线通信系统的安全传输方法。

背景技术

无线通信技术在为人们的日常生产、生活带来便利的同时，也不可避免地因其物理传输的无界性，给通信双方带来了通信内容易于失窃的困扰。随着无线通信技术发展程度和普及程度的日益加深，通信的安全问题也愈加被重视起来。采用何种手段来有效防范信息的泄漏、确保信息的安全传输将成为一项长期的焦点性研究课题。

作为5G无线通信中一项最具前景的关键技术，大规模多输入多输出(MassiveMultiple-Input Multiple-Output，Massive MIMO)技术已受到来自学术界和工业界越来越广泛的关注。在此技术背景下，5G系统基站端得以配置大规模天线阵，从而5G下行通信的物理层安全传输可以得到有效保障，相关研究成果也在近五年内大量涌现。然而，由于用户端有限的发射功率和传输天线数，罕有文献能够给出有效的技术手段来保证5G上行传输的安全性。

现有的无线物理层安全传输技术大致有密钥技术和多天线技术两大类。密钥技术方面，在2012年8月IEEE Transactions on Information Theory上发表的题为《Feedback-based collaborative secrecy encoding over binary symmetric channels》的文献中，提出了一种基于密钥反馈的系统安全性能增强策略。尽管这一策略利用了目的端反馈到源端的密钥，并有效保证了源端保密信号传输的安全性，但只能服务于单天线节点组成的通信系统，且仅能为系统带来有限的安全性能提升。在多天线技术大类中，人工噪声辅助的防窃听技术又是一个较为重要的分支。在2010年10月IEEE Transactions on VehicularTechnology上发表的题为《Secure transmission with artificial noise over fadingchannels:Achievable rate and optimal power allocation》的文献中，提出了一种基于人工噪声最优功率注入的系统安全传输策略。尽管这一策略在完成保密信号和人工噪声信号之间最优功率配比的基础上，可以实现对系统可达安全速率的最大化，但是不能服务于由单天线源端和多天线目的端组成的SIMO无线通信系统。

发明内容

本发明的目的在于针对时分双工模式下的5G上行单输入多输出(SIMO)无线通信系统，提出一种5G通信系统中基于下行反馈辅助的上行安全传输方法，以解决现有无线物理层安全传输技术无法直接适用于5G上行通信系统，或者只能带来有限安全性能增益的问题。

为达到以上目的，本发明是采用如下技术方案予以实现的：

一种5G通信系统中基于下行反馈辅助的上行安全传输方法，所述5G通信系统包含有一个单天线用户节点Alice，一个M根天线基站节点Bob，以及一个单天线无源窃听节点Eve；所述5G通信系统中基于下行反馈辅助的上行安全传输方法包括以下步骤：

步骤1，单天线用户节点Alice向基站节点Bob发送包含有反馈信号发射请求信息和导频序列信息的混合信息；基站节点Bob利用导频序列信息估计出从单天线用户节点Alice到基站节点Bob的M维列向量信道信息；