[发明专利]双向中继系统中星座旋转辅助的无线物理层安全传输方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种双向中继系统中星座旋转辅助的无线物理层安全传输方法。

背景技术

过去几年，双向协作网络由于频谱效率高的优势受到了广泛的关注。然而现有的工作大多只关注增强通信可靠性的技术，比如网络编码、中继路由和波束成型设计等，很少从物理层的角度涉及双向中继系统中的安全问题。

目前，对双向中继系统中不可信中继问题的研究主要涉及高斯窃听信道中的可实现私密速率、协作中继和干扰机的选择策略以及波束成型和人工噪声的联合设计等，这些方案大多假设窃听者是网络之外的独立个体，然而在一些应用场景中，中继本身可能是不可信的，它既是通信过程的协助者，同时还是潜在的窃听者。例如，在一些应用场景中，中继与终端用户具有不同的信息访问权限，信道中的信息需要对其保持私密。针对上述问题，研究一种对抗不可信中继窃听行为的安全传输方法具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种双向中继系统中星座旋转辅助的无线物理层安全传输方法，该方法能够有效的对抗不可信中继的窃听行为。

为达到上述目的，本发明所述的双向中继系统中星座旋转辅助的无线物理层安全传输方法包括以下步骤：

1)估计信道信息，用户节点A和用户节点B从旋转后的星座中选取出携带信息的符号，再通过注入人工噪声构造复合信号，然后根据估计出来的信道信息对复合信号进行相位预补偿，得用户节点A待发送的复合信号S_A及用户节点B待发送的复合信号S_B，用户节点A及用户节点B同时以发射功率P分别将待发送的复合信号S_A及待发送的复合信号S_B转发至中继；

2)中继接收用户节点A及用户节点B发送过来的信号，得混合信号y_R,其中，

其中，h_AR和h_BR分别为对用户节点A及用户节点B对应的复合信号进行的预补偿相位，x_A和w_A分别为用户节点A对应的携带信息的符号以及对其引入的人工噪声，x_B和w_B分别为用户节点B对应的携带信息的符号及对其引入的人工噪声，n_R为中继节点的加性噪声；

3)中继得到的混合信号进行放大后广播给用户节点A及用户节点B；

4)用户节点A及用户节点B进行信号的检测。

用户节点A发送的待发送的复合信号S_A的表达式为：

其中，为用户节点A从旋转后的星座中选取出的携带信息的符号的实部。

用户节点B发送的待发送的复合信号S_B的表达式为：

其中，为用户节点B从旋转后的星座中选取出的携带信息的符号的实部。

步骤3)的具体操作为：

中继得到的混合信号进行放大，得广播信号S_R，然后将所述广播信号S_R广播给用户节点A及用户节点B，其中，

其中，α为能量归一化系数。

步骤4)中用户节点A及用户节点B基于最大似然准则进行信号的检测。

用户节点A和用户节点B首先对采用的信号星座进行旋转，设x₀属于原始星座集内的符号，则x₀旋转之后的符号x＝e^jθx₀，旋转角度θ满足：

根据最优化星座旋转角度，其中，和x_A都是取自旋转后星座的复星座点。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的双向中继系统中星座旋转辅助的无线物理层安全传输方法在信息传输的过程中，用户节点A和用户节点B通过星座旋转将一个二维的复信号用一个维度表示，不同用户在互相正交的维度上发送信息，而利用剩下的一个维度发送人工噪声，结果使得中继接收信号的信干噪比严重恶化，进而人为制造了误码平台，增加了窃听难度，确保了信息的安全传输，有效的对抗不可信中继的窃听行为，提高信息传输的安全性。本发明与已有的基于密钥反馈的安全传输方案相比，无需在收发双方之间进行必要的密钥协商或者预共享操作，系统的资源消耗较低，安全性较高。

附图说明

图1为本发明中双向中继系统的原理图；

图2为本发明中用户节点A的误符号率仿真图；