[发明专利]一种多天线设备之间物理层安全通信方法

说明书

本发明公开了一种多天线设备之间物理层安全通信方法，保密设备发射机根据第一信道状态信息生成预编码向量，并根据预编码向量生成人工噪声信号；保密设备接收机根据第一信道状态信息计算得到保密信号检测向量，并根据保密信号检测向量对保密信号进行检测，以及对蜂窝用户信号进行消除；基站接收机根据第二信道状态信息计算得到蜂窝用户信号检测矩阵，并根据蜂窝用户信号检测矩阵对蜂窝用户信号进行检测，以及对保密信号和人工噪声信号进行消除。本发明在发射天线数目等于接收天线数目，即没有零空间的情况下注入人工噪声干扰窃听者，提高保密传输速率，同时不会对保密设备接收机产生影响。

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种多天线设备之间物理层安全通信方法。

背景技术

随着网络的快速发展，针对网络信息的嗅探及窃取手段层出不穷，无线通信传播媒介的广播特性更是加剧了信息泄露的风险。物理层安全利用无线信道中的随机特性，例如噪声、干扰、衰落进行信息的保密传输，具有信息理论上的安全性和无密钥需求的特点，现已获得了学术界和产业界的广泛关注。

物理层安全技术存在保密传输速率较低这一关键瓶颈，其原因有两点：1)黄金频段资源多被分配给蜂窝网或者其他专用网络，物理层安全设备缺少频谱资源，难以建立高速的安全信道。2)窃听端的无线信道状态信息未知导致基于物理层安全通信的设计优化缺乏目标和约束。为此，针对1)，现有的物理层安。全研究通常复用蜂窝频谱资源建立安全信道，然而却无法处理频谱复用导致的干扰。针对2)，现有的物理层安全技术通常利用零空间人工噪声在不知道窃听者信道状态信息的情况下干扰窃听者，零空间人工噪声技术不会对合法用户的信道产生干扰，从而提高保密传输速率，然而，面对相同保密设备之间的安全通信，即保密设备的发射机天线等于保密设备的接收机天线这种情况，必须关闭某些接收天线来构造零空间，这会降低合法信道增益，进而降低保密传输速率。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种多天线设备之间物理层安全通信方法，在发射天线数目等于接收天线数目，即没有零空间的情况下注入人工噪声干扰窃听者，提高保密传输速率，同时不会对保密设备接收机产生影响；另外，频谱复用导致的保密设备和蜂窝网之间的相互干扰可以通过低复杂度的检测技术消除。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种多天线设备之间物理层安全通信方法，包括：

保密设备发射机根据第一信道状态信息生成预编码向量，并根据所述预编码向量生成人工噪声信号；

保密设备接收机根据所述第一信道状态信息计算得到保密信号检测向量，并根据所述保密信号检测向量对保密信号进行检测，以及对蜂窝用户信号进行消除；

基站接收机根据第二信道状态信息计算得到蜂窝用户信号检测矩阵，并根据所述蜂窝用户信号检测矩阵对所述蜂窝用户信号进行检测，以及对所述保密信号和所述人工噪声信号进行消除；

保密设备发射机根据所述预编码向量和所述保密信号检测向量计算得到保密中断概率，并根据所述保密中断概率计算得到有效保密速率，并根据所述有效保密速率计算得到最优保密传输速率，并根据所述最优保密传输速率进行物理层安全编码。

进一步地，所述保密设备发射机根据第一信道状态信息生成预编码向量的过程包括：

保密设备发射机根据所述第一信道状态信息计算得到辅助零空间，并根据所述辅助零空间计算得到等效信道，并将所述等效信道进行特征值分解获得所述预编码向量。

进一步地，所述保密设备发射机根据所述第一信道状态信息计算得到辅助零空间，具体如下：