[发明专利]一种多天线系统中抗窃听的索引调制正交频分复用传输方法

说明书

本发明公开了一种多天线系统中抗窃听的索引调制正交频分复用传输方法，该方法基于正交空间调制和人工噪声的思想，在传统OFDM‑IM系统基础上增加了天线索引这一维度。源节点将需要发送的原始数据分为三部分，第一部分称为天线索引比特，用于确定最多两个激活天线的索引，第二部分称为载波索引比特，用于激活承载信号的载波，第三部分称为符号调制比特，用于信号的映射调制源节点，根据源节点‑目的节点的信道状态信息为调制符号添加人工噪声以达到抗窃听的效果。目的节点分别采用最优的最大似然检测算法和次优的基于对数似然比的最大似然检测算法。仿真结果表明，窃听者的误比特率保持在0.5左右，证明了所提方案能够保证合法传输的安全性。

技术领域

本发明属于无线多输入多输出系统的物理层安全技术领域，具体涉及一种多天线系统中抗窃听的索引调制正交频分复用传输方法。

背景技术

多输入多输出技术通过在发送端激活所有可用天线的同时传输多个数据流，并且选择适当的预编码矩阵，以实现信息复用或者发射分集增益，它可以提供较高的系统容量与可靠性，这种方案虽使系统频谱效率提高，但系统并没有达到最佳的能源效率，并且存在许多弊端，例如：发射天线间需要较高的同步性以达到同时传输数据的要求；多天线同时传输数据时产生较高的信道间干扰，提高了译码的难度，增加了系统复杂度；多根天线同时工作需要多条射频链路，因而提高了系统成本与开销。空间调制方案独创性地将原始输入比特映射到发送信息与发射天线上，在获得较高的频谱效率与系统性能的同时，能够有效地克服传统MIMO 技术的以上弊端。相比于传统空间调制方案只激活一个发射天线，正交空间调制(QSM)通过在发送端激活至多两根天线来提高频谱效率。由于QSM系统每一时隙激活天线分别发送调制符号的实部和虚部，故QSM系统在提高系统频谱利用率的同时也避免了载波间干扰 (ICI)问题。

正交频分复用(OFDM)是对传统多载波调制的一种改进，它把数据流分解成若干较低比特速率的子数据流去调制相应的子载波从而构成多个低速率符号并行发送的传输系统。其特点是各子载波之间相互正交，这减小了子载波间的相互干扰。由于调制后的子载波频谱可以有部分重叠，因而大大提高了频谱利用率。作为一种关键的物理层技术，OFDM还具有较好地抗频率选择性衰落和窄带干扰的能力。基于索引调制的OFDM(OFDM-IM)是一种新型的多载波传输技术，它将空间调制的思想应用到多载波系统中来。OFDM-IM技术选择一部分激活的子载波携带数字调制信息，而激活子载波索引同样携带信息，因此，这种设计方法能够获得更高的可达速率。

随着通信的不断发展，无线通信的安全问题日益严峻，无线通信物理层安全作为上层加密算法的补充，能够在不改变上层协议的基础上提供信息论意义上的安全。现有关于 ODFM-IM的研究大部分集中在如何提高频谱效率和设计低复杂度接收机。为了保障OFDM-IM系统的安全传输，结合了QSM技术的思想，在原系统基础之上增加了天线选择的空间维度，根据信道状态信息，在天线待发送信号上添加人工干扰使其在目的节点接收端叠加之后相互抵消，而由于窃听节点不知道源与目的节点之间的信道信息，因此，它不能消除人工干扰，从而，达到抗窃听的目的。

发明内容

本发明目的在于提供一种多天线系统中抗窃听的索引调制正交频分复用传输方法，该方法基于源节点-目的节点的信道状态信息，在源节点处为每个发送符号添加人工干扰以保证其在目的节点叠加之后可以抵消，从而不影响目的节点解码，而由于窃听节点不知道源与目的节点之间的信道信息，因此，它不能消除人工干扰，达到抗窃听的目的。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种多天线系统中抗窃听的索引调制正交频分复用传输方法，该多天线系统是一个三节点的网络，其中，源节点具有N_t根发射天线，目的节点和窃听节点接收天线分别有N_r，N_e根，调制方式为M-QAM调制，该方法包括以下步骤：

1)第一阶段：在传输开始之前，源节点和目的节点依次发送训练序列，这样，源节点和目的节点能够估计源-目的节点的等效信道信息，假设信道估计准确；