[发明专利]基于频控阵的物理层安全传输优化方法和装置

说明书

本申请提供一种基于频控阵的物理层安全传输优化方法、装置、电子设备和存储介质，该方法包括：根据有限字符输入信号和预设信道模型建立安全传输速率优化模型；对安全传输速率优化模型中的预设预编码和预设频率偏移向量进行交替优化，确定优化后的预编码和频率偏移向量，并计算优化后的安全传输速率，进而提高了物理层安全传输系统在实际应用中的安全性。

技术领域

本申请涉及通信领域，具体而言，涉及一种基于频控阵的物理层安全传输优化方法、装置、电子设备和存储介质。

背景技术

近年来，随着无线通信技术的发展，无线网络中的数据流量呈现出指数式的增长。伴随着通信系统可靠性与有效性的不断提高，人们对数据传输的安全性也越来越关注。由于无线信道的广播特性，无线通信系统很容易遭受由窃听攻击导致的信息泄露。

目前，通常采用物理层安全传输技术以提高无线通信系统数据传输的安全性。随着多天线技术的发展，频控阵被应用于物理层安全传输中以改进系统的安全性能。现有技术中，基于频控阵的物理层安全传输系统大都是以高斯信号作为输入信号进行预编码设计以及频率偏移向量设计。然而，高斯信号与数字通信系统在实际应用中的输入信号存在差异，从而导致以高斯信号作为输入信号确定的物理层安全传输系统在实际应用中的安全性较低。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种基于频控阵的物理层安全传输优化方法、装置、电子设备和存储介质，用以在输入信号为数字调制信号时，保证物理层安全传输系统的传输安全性。

第一方面，本发明提供一种基于频控阵的物理层安全传输优化方法，包括：根据有限字符输入信号和预设信道模型建立安全传输速率优化模型；对所述安全传输速率优化模型中的预设预编码和预设频率偏移向量进行交替优化，确定优化后的预编码和频率偏移向量，并计算优化后的安全传输速率。在本申请实施例中，根据有限字符输入信号和预设信道模型建立安全传输速率优化模型，构建出的安全传输速率优化模型能适用于有限字符输入信号作为信道输入。进而对该安全传输速率优化模型中的预设预编码和预设频率偏移向量进行交替优化，确定优化后的预编码和频率偏移向量，并计算优化后的安全传输速率。由于实际的无线信道的输入信号为有限字符输入信号，因此，本申请实施例优化后的物理层安全传输系统在实际应用中能更好的保证通信安全。

在可选的实施方式中，在所述计算优化后的安全传输速率之后，所述方法还包括：当优化后的安全传输速率与优化前的安全传输速率的差值大于预设阈值时，对优化后的预编码和频率偏移向量进行交替优化直至优化后的安全传输速率与优化前的安全传输速率的差值小于预设阈值。

本申请实施例中，为了能让系统的安全传输速率逼近该系统的最大安全传输速率，会设置一个预设阈值，进行迭代。若在进行一次交替优化后，优化后的安全传输速率与优化前的安全传输速率的差值大于该预设阈值，则认为本次优化后的安全传输速率还有进一步优化的空间，则以本次优化后的预编码和频率偏移向量作为初始的预编码和初始的频率偏移向量，再进行交替优化，直至优化后的安全传输速率与优化前的安全传输速率的差值小于预设阈值，从而在保证安全性的情况下，尽可能提高物理层传输系统的传输性能。

在可选的实施方式中，所述对所述安全传输速率优化模型中的预设预编码和预设频率偏移向量进行交替优化，包括：根据所述预设频率偏移向量，利用梯度下降法和回溯直线搜索法对所述预设预编码进行优化，确定优化后的预编码；根据所述优化后的预编码，利用块连续上界最优化算法对所述预设频率偏移向量进行优化，确定优化后的频率偏移向量。

由于有限字符输入信号没有闭合表达式，且预编码和频率偏移向量是一组耦合的变量，利用梯度下降法和回溯直线搜索法对所述预设预编码进行优化，利用块连续上界最优化算法对所述预设频率偏移向量进行优化，并采用交替优化的方式能减少算法的迭代次数，提高确定预编码和频率偏移向量的效率。