[发明专利]一种应对合作式窃听者的毫米波安全传输方法

说明书

本发明属于通信领域，具体涉及一种应对合作式窃听者的毫米波安全传输方法。本发明提出一种安全传输方式：发射机从对合法接收机可达的路径中随机选择m条路径，传输信息由这m条路径共同决定，部分窃听是不能获得传输信息的，这样就降低了被窃听概率，从而提高系统的安全容量。窃听者相互合作的情况下，它们相互分享自己所窃听到的信息，这样如果发射机在多条路径上传输同样的信息，很容易被窃听者窃听成功。本发明设计了一种传输方式，只有当窃听者们窃听到所有路径，才能窃听到传输信息，进而在一定程度上提高了系统的安全容量，并且本方案使得窃听者的误比特率为0.5。

技术领域

本发明属于通信领域，具体涉及一种应对合作式窃听者的毫米波安全传输方法。

背景技术

由于频谱资源的紧张，人们把目光放在频谱资源更丰富的毫米波频段。毫米波指的是频率为30～300GHz的电磁波，因为毫米波丰富的频谱资源和天线尺寸小的特性，可以很好地满足未来通信的需求。因为毫米波波长短，自由空间衰落大，基于扩展的Saleh-Valenzuela(SV)信道模型很好地描绘了毫米波信道的稀疏性，成为常见的信道模型。有关毫米波通信的研究在学术界吸引了众多关注。过去几年中，对毫米波信道建模，预编码和大规模多输入多输出进行了深入研究。因此，毫米波通信很有希望应用于5G蜂窝系统中。

由于无线传输的开放性，通信的安全性一直受到广泛的重视。随着互联网的发展和计算机计算能力的提高，传统基于高层的安全技术不能满足安全性能的需求了。近年来，基于物理层安全的研究在学术界引起广泛关注。利用常见的物理层安全技术，比如基于波束成形，人工噪声，方向调制，物理层安全技术能实现基于物理位置的安全性能。

在窃听场景中，窃听者为了隐藏自己，一般是保持无线电静默状态，本发明也考虑这种类型的窃听者。当窃听者很好地隐藏起来地时候，它们的位置信息和信道状态信息对基站是未知的，为了描述这种场景下窃听者的分布，有学者将其建模成一个泊松点过程。

发明内容

利用毫米波信道的稀疏性，在发射机可发射波束数目有限的前提下，可以到达窃听者和合法用户的波束都是有限的，对于那些对窃听者和合法用户都可达的波束，本发明认为这是被窃听的波束。为了方便分析，本发明进一步假设一个窃听者一次最多窃听一条波束。

本发明考虑在合作式窃听者场景下，如果所有波束传输相同的信息，那么窃听者们只要窃听到一条径，就可以获得所有的信息，如果窃听者的信道质量很好，甚至可以获得比合法接收机更好的接收性能。为此，本发明提出一种安全传输方式：发射机从对合法接收机可达的路径中随机选择m条路径，传输信息由这m条路径共同决定，部分窃听是不能获得传输信息的，这样就降低了被窃听概率，从而提高系统的安全容量。

本发明的技术方案是：

一种毫米波场景下应对合作式窃听者的安全传输方法，包括以下步骤：

S1、根据公式量化每个波束的角度，其中ψ_i是第i个波束角度的正弦值，λ是波长，N_t是基站发射天线数，d是天线间间距，i∈Ω_d是波束的索引值，Ω_d是合法用户能接收到的波束索引集合；

S2、求出每条波束角度宽度：其中L_d是能够到达合法用户的波束数；

S3、如果要传输1，发射机产生长度为m，奇数个1的0/1比特序列如果要传输0，发射机产生长度为m，偶数个1的0/1比特序列s；

S4、对信道H做奇异值分解其中，D＝diag(g₁,g₂,…,g_m)，是第i条径的增益，得到波束成形矩阵U_T和U_R。序列s乘上预编码矩阵U_T，经过信道，在接收端乘上组合矩阵得到接收信号