[发明专利]不可信中继系统中基于非联合人工噪声的信息安全传输方法

说明书

技术领域：

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及不可信中继系统中基于非联合人工噪声的信息安全传输方法。

背景技术：

为了满足人们对预先通信业务不断增长的需要，下一代无线通信系统需要提供更高的传输速率和更可靠的传输性能。另一方面，未来无线通信网络将是一个支持多种无线通信系统的异构通信网络，利用增设基站的方法来提高无线通信网络的覆盖率将会大大提高无线通信的成本。多天线系统由于能够显著提升系统的传输性能和频谱效率，已经受到广泛关注。但是，移动终端的体积和功率限制大大制约了多天线系统的应用。协作通信已经成为近年来移动通信领域的研究热点，它将成为未来移动通信系统提高频谱效率的关键技术之一。协作通信系统的核心思想是利用无线网络中的多个节点之间相互协作，实现传输路径共享，。从而提高无线网络的吞吐量。这样可以在提高系统频谱效率的同时，有效降低增加基站所带来的大量成本。但是中继系统中的转发节点并不都是安全可靠的，也可能在转发信息的同时获取传输信息的内容，成为无线网络中的窃听者。因此，不可信中继系统的安全传输问题已受到学术界和工业界的普遍关注。

作为对传统加密技术的一种补充,物理层安全技术成为一种新的研究方向。在发送信号中添加人工噪声的方式是一种衰落窃听信道下实现保密通信的有效方法。在不可信中继系统中，人工噪声成为一种重要的保障安全传输的技术手段。非联合噪声指发送信号和人工噪声没有联合设计，在接收节点所收到的一个信号中不能将人工噪声和发送信号分离。

发明内容：

本发明的目的是为了建立不可信中继节点的误码平台，提供了一种不可信中继系统中基于非联合噪声的安全传输方法。通过干扰节点发送人工噪声并利用接收节点的信号空间维度高于转发节点的特性，该传输方法能够使不可信转发节点产生误码平台并且误码率持续高于接收节点，从而保障协作通信的安全性。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案予以实现：

不可信中继系统中基于非联合人工噪声的信息安全传输方法，该不可信中继系统包括一个发送结点A、一个中继节点B、一个接收节点C和一个干扰节点D，所有节点都配置单副天线，且工作于半双工模式，该方法包括以下步骤：

1)第一个阶段，发送节点A和干扰节点D同时分别发送有用信号和人工噪声，人工噪声为高斯白噪声，中继节点B、接收节点C都接收到来自发送节点A、干扰节点D的信号，此时作为不可信任的中继节点B有可能对将要转发的信号进行破解；

2)第二个阶段，中继节点B将第一个阶段收到的信号，采用放大转发的方式转发给接收节点C，接收节点C将第一个阶段和第二个阶段接收到的两个信号进行联合判决，获取发送节点A所发送的信息；其中，本阶段接收节点C采用三种信号检测方式：迫零检测、最小均方误差检测或者最大似然检测。

本发明进一步的改进在于，步骤1)中，干扰节点D发射的人工噪声会同时干扰转发节点B、接收节点C对于信号的接收，也就是节点B、C在第一阶段的接收信号满足下式：

式中：x表示发送节点A发出的信号，y_1B、y_1C表示中继节点B、C在第一阶段收到的信号，n_D表示干扰节点D发出具有单位能量的复高斯白噪声，x、n_D均具有单位能量且n_D～CN(0,1)，CN(μ,σ₀²)表示均值为μ、方差为σ₀²的循环对称复高斯分布，n_1B、n_1C表示节点B、C处的加性复高斯白噪声且n_1B～CN(0,σ²)、n_1C～CN(0,σ²)，n′～CN(0,P|h_DC|²+σ²)，h_ij表示节点i和节点j之间的信道系数，P表示发送节点和干扰节点的发射功率。

本发明进一步的改进在于，发送结点A、中继节点B、接收节点C和干扰节点D都配置单副天线，且干扰节点D发射的人工噪声不存在于信道系数矩阵的零空间上。

本发明进一步的改进在于，步骤2)中，第二阶段，中继节点B将自己在第一阶段收到的信号采用放大转发的方式转发给接收节点C，如下：

y_2C＝βh_BCy_1B+n_2C(3)