[发明专利]一种基于协作干扰的防窃听最优安全传输方法

说明书

本发明公开了一种基于协作干扰的防窃听最优安全传输方法,包括以下步骤：S1.发射源端Alice在合作干扰机Oscar的协助下向合法接收端Bob发送机密消息，同时发射源端Alice和信号干扰机Oscar产生干扰信号，实现对单天线窃听端Eve的干扰，并建立协作干扰通信模型；S2.根据协作干扰通信模型，在满足保密中断约束的条件下，实现最优的功率分配，确定安全传输方案。本发明提供了一种基于协作干扰的防窃听最优安全传输方法，在存在信道估计误差的协作干扰通信过程中，基于保密中断概率约束最大化保密容量，实现了安全传输性能的优化。

技术领域

本发明涉及无线通信物理特征安全传输技术领域，尤其涉及无线安全通信中一种基于协作干扰的防窃听最优安全传输方法。

背景技术

由于无线通信设备的广播特性，保密性成为无线通信中最基本的问题。诸多研究证明，当合法接收机的平均信噪比(SNR)窃听者差时，也可以实现非零保密容量(即确保窃听者不能解码任何信息的最大传输速率)，但是，只有保密容量为正才有可能通过安全码实现完美保密通信。

由于窃听者的随机接入距离和地形条件等原因，窃听者可能比合法接收者获得更好的信道条件，但是潜在窃听者的信道状态信息(CSI)在现实通信场景中是难以获得的；因此，始终实现稳定的正保密率是一项具有挑战性的任务，为了解决这个问题，现在已经提出了人工噪声(AN)和协作干扰(CJ)等技术；考虑到保密中断约束(即要求保密中断概率小于一个较小的阈值，当保密容量大于安全信道容量(安全信道容量是指主信道容量减去窃听信道容量的值)发生保密中断，引入了AN辅助多天线安全传输策略，而窃听者接收到的噪声被省略，并且只获得了最坏情况的解决方案，在此基础上考虑了窃听者的接收噪声和发射器人为产生的噪声，以获得最大化保密容量(也称为保密率，SRM)的完整解决方案，通过发射干扰信号来扰乱窃听者的接收，CJ技术可以极大地提高安全性能；但是，目前的合法信道与协作信道存在信道估计误差，可能会对信号的安全传输带来不利影响；

在此基础上，申请号为201610345036.2的专利提供了“主信道与协作信道非理想信道估计条件下基于人工噪声的协作网络中功率分配方法”，该专利通过加入协作干扰器机发送干扰信号建立协作关系，发射源和协作干扰机利用非理想信道估计方法估计得到的信道状态信息设计发射信号，经过存在估计误差的信道后系统达到的安全传输速率，计算系统的安全传输速率；再计算发射源按理想信道估计条件下优化得到的最优功率分配比设计发射信号是该系统的安全传输速率，并将其与理想信道估计条件下系统安全速率进行比较，验证考虑信道估计误差的重要性，提出更可靠，更实际的功率分配方案；但是该专利只适用于信道误差特别小趋近于零的特例，没有解决信道误差大的情况下实际信道的功率分配优化方案，没有考虑信道误差为随机时对安全性能产生的影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于协作干扰的防窃听最优安全传输方法，在存在信道估计误差的协作干扰通信过程中，基于保密中断概率约束，实现最大化保密容量，并提出了不同功率分配情况下最优安全传输方案，实现了安全传输性能的优化。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于协作干扰的防窃听最优安全传输方法，包括以下步骤：

S1.发射源端Alice在合作干扰机Oscar的协助下向合法接收端Bob发送机密消息，同时发射源端Alice和信号干扰机Oscar产生干扰信号，实现对单天线窃听端Eve的干扰，并建立协作干扰通信模型；

S2.根据协作干扰通信模型，在满足保密中断约束的条件下，实现最优的功率分配，确定安全传输方案。

其中，所述步骤S1包括以下子步骤：