[发明专利]无线网络中基于多径衰落频率选择特性的安全传输方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及无线网络中的安全传输领域，尤其涉及无线网络中基于多径衰落频率选择特性的安全传输方法。

【背景技术】

由于无线信道脆弱性的特点，安全无线通信已成为一个热点研究课题。在过去十年里，基于信息论概念和信号处理的物理层安全吸引了人们的巨大兴趣。物理层的安全传输方法是无线通信的一个重要特征，因为物理层安全传输方法应用的是信息论的安全性理论而不是依靠更高层的加密方法。高层加密方法很大程度上依赖于关于数学问题计算强度的假设。然而，无线媒介的开放性和计算能力的提升使得无线通信在窃听面前显得更为脆弱。

Shannon在文献中提出了完美保密性的概念，一个完美的密码只有当密码和纯文本信息一样长的时候才能实现完美的保密性。因此基于这样的假设，所有的使用密码形式的加密方式在理论上的是能被破解的。

Wayner提出了窃听信道的概念，实现了几乎完美的保密性。主信道(合法接收者信道)假设是离散无记忆信道，而窃听信道(窃听者信道)假设是主信道的退化版本。Later提出如果主信道和窃听信道都是加性高斯白噪声信道(AWGN)，保密容量就是合法信道与窃听信道在信道容量的差值。目前为止，物理层安全问题已被大范围研究，以改善无线媒介的保密容量。包括：高斯广播信道下的安全通信,SISO衰落信道安全通信。低密度的奇偶校验码在文献中被提出用于窃听信道的问题。然而，这些方案中大多数都是基于一些不现实的假设：例如窃听者信道比合法信道更糟糕，或者是窃听者不知道主信道。在文献中Negi和Goel提出了人工噪声用于MIMO系统的概念。人工噪声辅助方法的目标是通过产生干扰信号确保安全通信，该干扰信号能退化窃听者信道而对预期的接收者信道几乎没有影响。

人工噪声辅助方法用于MIMO/MISO系统已获得了大量的关注，因为该方法中没有做出任何不现实的假定。发射机分配用于信号传输的功率中的一部分用于产生干扰信号，该干扰信号能退化窃听者信道。

然而，现实中人在存在大量的不具备多天线或配置复杂协议的简单网络节点，如何实现这些单天线网络节点间的安全传输，是一个亟待解决的问题。受人工噪声辅助方法的启发，Yang和Jiao改进了人工噪声辅助方法用于多径衰落信道下的SISO系统。他们提出如果发射者知道合法接收者的信道状态信息CSI，发射者就能产生一个能减少合法接收者处码间干扰(ISI)的信号，并且该信号在窃听者处以随机噪声的形式呈现。然而，如果窃听者也知道主信道的CSI，该方案就不再有效。

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供无线网络中基于多径衰落频率选择特性的安全传输方法，针对单输入单输出(SISO)无线网络系统，本发明方法是基于多径衰落频率选择特性的、保密性独立于信道状态信息(CSI)的保密性的安全传输方法，以解决现有无线物理层安全传输技术无法直接适用于单输入单输出(SISO)无线网络系统，或者实现的保密性无法独立于信道的状态信息(CSI)的保密性的问题。

为达到以上目的，本发明是采用如下技术方案予以实现的：包括以下步骤：

步骤1，发射节点计算出其与目的接收节点之间的多径衰落频率选择特性信道的信道信息h_AB，并获取目的接收节点处的离散时间K抽头数的匹配滤波器的序列信息q，以及采样判决决策信息：每个信息承载符号的采样点数R_s，并利用h_AB、q和R_s生成基于信道状态信息的人工噪声w；

步骤2，发射节点对一帧待传输的保密信号矢量进行增采样，得到增采样信号s，在增采样信号中注入步骤1生成的人工噪声w形成混合发射信号x；

步骤3，目的接收节点完成对混合发射信号的接收，并进行匹配滤波处理，得到滤波信号z_AB；

步骤4，目的接收节点对滤波信号z_AB进行减采样处理，输出保密信号；

步骤5：重复步骤1至步骤4，完成无线网络中基于多径衰落频率选择特性的安全传输。

进一步地，发射节点和目的接收节点均为单天线节点。