[发明专利]一种基于分布式天线系统实现物理层安全的方法

权利要求书

1.一种基于分布式天线系统实现物理层安全的方法，所述分布式天线系统包括若干基带处理单元和若干射频拉远单元，所述射频拉远单元通过有线方式汇集到一个基带处理单元，所述射频拉远单元完成射频信号的发送与接收，所述基带处理单元负责基带信号的处理并对射频拉远单元实施调度；其特征在于，所述一种基于分布式天线系统实现物理层安全的方法包括如下步骤：

S1、合法用户通过公共信道发送上行参考信号；

S2、射频拉远单元接收到合法用户发送的上行参考信号，并根据信道互易性获得下行信道系数；

S3、基带处理单元根据射频拉远单元接收的合法用户信号的信噪比和信号传输过程中的调制方式，对合法用户信息进行信道编码；

S4、根据信道特性选择部分区域内的射频拉远单元作为服务该合法用户的发送单元；

S5、区域内被选择的射频拉远单元根据获得的合法用户信道信息进行空域预编码，将信号能量汇聚到合法用户，在合法用户所在的方向上发送信息信号；

S6、在发送信息信号的同时，区域内被选择的射频拉远单元剩余的天线自由度以相对于合法用户信道正交的方向上发送人工干扰信号；其他未被选中的射频拉远单元则根据实际需要，向合法用户所在位置外其他可接收到合法用户信号的区域发送人工干扰信号；

S7、合法用户在收到信息信号后，首先进行信号解调，然后通过信道译码获得正确的传输信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于分布式天线系统实现物理层安全的方法，其特征在于，所述步骤S4中部分区域内，其为以合法用户为中心且半径为r的圆形区域内。

3.根据权利要求1所述的一种基于分布式天线系统实现物理层安全的方法，其特征在于，所述步骤S6的人工干扰信号，其具体使用方式为：

区域内的射频拉远单元在获得信道h_B后，令为h_B零空间的一组标准正交基，并满足假定合法用户为单天线配置，而每个射频拉远单元有N个天线，所以h_B的秩为1，而中含有N-1个正交矢量，在n时刻，区域内的射频拉远单元按以下方式在发射端产生位于h_B零空间的噪声向量Q(n)：

噪声向量Q(n)是由中列向量经过线性组合得到的，线性组合系数a(n)随时间而独立变化且服从Gauss分布显然，Q(n)中的元素也符合零均值Gauss分布；射频拉远单元发送叠加了噪声向量的信息信号：

上式表示成矩阵的形式为：

其中s(n)是需要保密传输的信息比特符号，ω是波束形成向量；

上述发射过程表明，区域内被选择的射频拉远单元在指向合法用户的波束ω上发射信息信号，而在有潜在窃听者的方向β₁、β₂、…、β_N-1上发射人工干扰信号；由于h_B与β_k正交，所以这些人工干扰信号并不影响合法用户的接收性能；又因为窃听用户和合法用户的地理位置不同，窃听信道h_E与合法用户信道h_B的相关性很小，h_E中的矢量与β_k没有明确的正交性，所以在波束β₁、β₂、…、β_N-1上发射的噪声信号将恶化窃听者的接收信噪比，使得窃听者在信道译码时产生译码错误，使窃听者误比特率出现在0.5附近，实现了合法用户通信的安全。

4.根据权利要求1所述的一种基于分布式天线系统实现物理层安全的方法，其特征在于，所述步骤S5-S6中，分布式天线系统利用基站端发送无线信号的波束成形技术，将信号能量汇聚到合法用户，在合法用户的方向上发送信息信号，从而提高能效，降低窃听节点截获信息的可能性；基站将发送的干扰信号指向窃听者潜在可能出现的方位，同时避免对合法用户方位发送干扰。