[发明专利]物理层安全传输方法、发射端和目标接收端

说明书

本发明实施例提供一种物理层安全传输方法、发射端和目标接收端，方法包括：基于扰动系数，将扰动向量添加在调制后的目标符号中，得到扰动符号；对扰动符号进行预编码，获取发射信号；发送发射信号。本发明实施例提供的方法、发射端和目标接收端，无需限定目标接收端与发射端天线数量的大小，且发射端可将全部发射功率用于发送信号，能够在保障物理层安全的同时，有效保障目标接收端性能。

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种物理层安全传输方法、发射端和目标接收端。

背景技术

电磁波传播的开放性，对无线信道的信息传输安全造成了极大的威胁。近来兴起的物理层安全技术，利用无线信道的多样性和时变性以及通信双方信道特征的唯一性和互易性来保障无线通信安全，受到了广泛的关注。

现有的物理层安全技术主要集中在保密容量的研究和保密方案的设计两个方面。其中，保密方案的设计，主要包括物理层安全与信道编码技术的结合，以及人工噪声方案(Artificial Noise，AN)等。出于工程上容易实现的考虑，人工噪声方案得到了广泛应用。

人工噪声方案是通过在有效发送信号上添加干扰信号，以对窃听者造成干扰，并且不影响目标接收端的正常通信，达到物理层安全的目的。图1为现有技术中的无线通信多天线传输系统模型示意图，图1中，Alice为发射端，Bob和Eve分别为接收端的目标接收端和窃听者。其中，发射端Alice配置有N_A根发射天线，目标接收端Bob和窃听者Eve分别配置有N_B和N_E根接收天线。目标接收端Bob和窃听者Eve接收的信号向量可以被分别表示为：

z＝Hx+n_B；

y＝Gx+n_E；

式中，x为发射端Alice的发送信号，z和y分别为目标接收端Bob和窃听者Eve接收的信号向量，H和G分别为目标接收端Bob和窃听者Eve处的信道矩阵，此处用于表示行列数分别为N_B和N_A的矩阵；n_B和n_E分别为目标接收端Bob和窃听者Eve的复高斯噪声向量，n_B和n_E的元素分布满足正态分布及和分别为n_B和n_E的元素分布方差。

为了实施人工噪声物理层安全方案，要求目标接收端Bob处的信号矩阵H具有非平凡的零空间，由矩阵的列向量线性组合而成。为满足上述条件，无线通信多天线传输系统必须满足天线数量要求，即N_B＜N_A。

人工噪声物理层安全方案中，发射端Alice的发送信号x可以表示为x＝Pu+Zv，式中P为预编码矩阵，u为有用信号，v为发射端Alice选取的人工噪声向量。在发射端Alice，发射信号向量需要满足功率限制：

E[||x||²]≤P；

式中，E[||x||²]是x的发射功率，P为最大发射功率。

经过无线信道传输后，目标接收端Bob和窃听者Eve接收到的信号向量分别可以表示为：

z＝HPu+n_B；

y＝GPu+GZv+n_E；

由上式可知，由于干扰项GZv的存在，发射端Alice添加的人工噪声向量v只会对窃听者Eve的检测造成影响，并不会影响目标接收端Bob的检测，且窃听者检测错误的概率大小与发送人工噪声向量v的能量有关。