[发明专利]一种MIMO窃听信道下基于反馈的保密通信方法

说明书

本发明提供了一种MIMO窃听信道下基于反馈的保密通信方法，实现拥有N个发射天线的目标用户与源端之间的保密通信，防止窃听者的窃听，其特征在于，在所述保密通信方法中，作为接收端的源端通过优化反馈性能增益，进而使其接收信噪比高于窃听者。本发明提高了MIMO窃听信道的保密容量，本发明不仅可以提高合法接收端的接收信噪比，同时可以扩大MIMO窃听信道的反馈性能增益。通过理论仿真实验可以得知反馈性能增益随着信噪比的增长呈线性增长的关系，同时理论仿真表明应用该协议的合法接收端与窃听端的安全差距随着发射天线数量和(或)信噪比的增长而加大。

技术领域

本发明涉及一种基于MIMO(multiple-input multiple-output)窃听信道的保密通信方法，属于物理层信息安全技术领域。

背景技术

Wyner等于1975年提出的窃听信道模型是物理层的安全传输基础模型。该窃听信道模型中，如果主信道比窃听信道有更好的信道条件，则进行物理层的安全传输是可能的，如何实现有效地构造窃听信道模型却一直是一个开放的问题。Wyner窃听信道的模型中，窃听信道需要比合法信道有更高的噪声，这在实际通信中是不现实的，因此需要利用信道的噪声来建立一个逻辑信道——也就是窃听信道，以实现合法信道具有更好的信道特性。而MIMO技术中，两个接收者在相互距离大于等于波长时，其MIMO信道就是不相关的，两个接收者是不可能完全知道对方的信道特性的，这个性质使得建立窃听信道这个逻辑信道成为可能。

Wyner曾经证明过如果窃听端的信道相比于主信道更差的情况下，秘密容量就可以实现，从而合法接受端可以以不需要公共密钥的形式接收发送端的保密信息。实际系统中合法接收的信道不一定比窃听者的信道性能更好。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：设计建立合法通信双方的信道比窃听者的信道性能更好的通信协议。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种MIMO窃听信道下基于反馈的保密通信方法，实现拥有N个发射天线的目标用户与源端之间的保密通信，防止窃听者的窃听，其特征在于，在所述保密通信方法中，作为接收端的源端通过优化反馈性能增益，进而使其接收信噪比高于窃听者，具体包括以下步骤：

第一步、作为接收端的源端根据信道状态信息计算出最大的信道反馈性能增益g_f，进而把相应的最优反馈比特b发送给目标用户；

第二步、目标用户将输入的比特流[s₁ s₂]映射为符号流，然后发送到GEO-STBCs编码器得到码字C作为发射信号，码字C的编码结构与输入符号s₁、s₂及其共轭的组合相关，同时，目标用户根据源端发送的最优反馈比特b旋转发射信号的相位，以使作为接收端的源端的接收信噪比相对于窃听端的接收信噪比能够获得较高的值，并通过MIMO主信道把相位旋转后的发射信号发送给源端；

第三步、源端接收到目标用户发送的反馈信号经过译码和解调后得到信号P_A，源端把信号P_A叠加到保密序列m中，随后把叠加有信号P_A和保密序列m的序列进行LDPC编码，然后通过MIMO主信道发送给目标用户。

优选地，在所述第二步中，通过GEO-STBCs编码器得到码字C包括以下步骤：

在两个连续的时隙t₁和t₂，GEO-STBCs编码器把输入的s₁和s₂编码为长度为N的符号流：

式中，C^(k)表示第k个发射天线的发射信号，表示向上取整，编码后的信号经信道传输，其中信道系数h_i(1≤i≤N)是均值为0、方差为0.5的独立的高斯随机变量。