[发明专利]一种基于随机频率阵列存在保密区域的无线安全传输方法

权利要求书

1.一种基于随机频率阵列存在保密区域的无线安全传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

令发射端能够安全地将隐私信息传输给期望用户的必要条件为：

|h^H(r_E，θ_E)h(r_B，θ_B)|²≤β；

式中，(r_B，θ_B)表示期望用户的位置，(r_E，θ_E)表示窃听者的位置，h(r_B，θ_B)表示在期望用户位置随机频率阵列的归一化天线导向向量，h^H(r_E，θ_E)表示窃听者位置随机频率阵列的归一化天线导向向量的共轭转置向量，β表示边界位置与期望用户之间的相关系数最大值；

在该必要条件下确定安全传输所需的天线数目以及频率映射应满足的具体条件。

2.根据权利要求1所述的一种基于随机频率阵列存在保密区域的无线安全传输方法，其特征在于，还包括步骤：根据人工噪声和未使用人工噪声两种方案的信噪比得到期望用户和窃听用户的信道容量，从而得到不同方案在相同系统条件下的保密能力，以此来切换两种方案实现最好的安全性能。

3.根据权利要求1所述的一种基于随机频率阵列存在保密区域的无线安全传输方法，其特征在于，所述在该必要条件下确定安全传输所需的天线数目以及频率映射应满足的具体条件具体为：

式中，M_min为进行安全通信的最小天线阵元的数目，c为光速，β为边界位置与期望用户之间的相关系数最大值，Δθ为期望用户的安全区域的角度偏移增量，d为天线阵列中相邻阵元之间的距离，f_c为天线中心频率，K_min为天线频率映射规则对应的带宽的最小值，Δf为固定的频率增量，Δr为期望用户的安全区域的安全距离偏移增量。

4.根据权利要求2所述的一种基于随机频率阵列存在保密区域的无线安全传输方法，其特征在于，所述根据人工噪声和未使用人工噪声两种方案的信噪比得到期望用户和窃听用户的信道容量，从而得到不同方案在相同系统条件下的保密能力，以此来切换两种方案实现最好的安全性能具体包括以下步骤：

当在方向调制技术中选择加入人工噪声的辅助手段时，发射信号为：

式中，δ表示分配给隐私信号的功率因子，P_t为发射端功率，s是要发送的隐私消息信号且满足v和w分别为有用信号的波束成形向量和人工噪声向量，v和w分别取：

v＝h(r_B,θ_B)；

式中，I_M表示大小为M×M的单位矩阵，h^H(r_B，θ_B)表示期望用户天线导向向量的共轭转置向量，z由M个独立且均匀分布的圆对称复高斯随机变量组成，均值为0，方差为1；并且w是期望用户天线导向向量h(r_B，θ_B)的零空间向量，即h^H(r_B，θ_B)w＝0；

得到期望用户和窃听者的接收信号分别为：

式中，n_B和n_E分别是期望用户和窃听者信道的加性高斯白噪声，二者均服从均值为0的高斯分布，方差分别为和由此得到期望用户和窃听者的信噪比分别为：

式中，上述是基于在方向调制中采用人工噪声技术的推导，如若考虑不使用人工噪声的情况，将以上公式中的功率分配因子δ取值设为1；

根据使用人工噪声和未使用人工噪声两种方案的信噪比得到期望用户和窃听用户的信道容量，从而得到不同方案在同样系统条件下的保密能力，其中保密能力由期望用户和窃听用户的信道容量之差得到，以便于在实际情况中发射机在两种方案之间切换来保证系统最好的安全性能；其中，期望用户和窃听用户的信道容量之差越大，保密能力越强。