[发明专利]基于信道状态信息进行传输加密的安全虚拟全双工中继方法

说明书

本发明公开了一种基于信道状态信息进行传输加密的安全虚拟全双工中继方法，包括以下步骤：建立虚拟全双工中继系统模型，其中，所述虚拟全双工中继系统包括源节点S、目的节点D、半双工可信中继R1及半双工可信中继R2，在信息传输过程中，半双工可信中继R1及半双工可信中继R2在前后时隙交替接收及转发信号，在虚拟全双工中继系统模型的主链路信道状态信息已知的条件下，设置信道状态对比门限t₀，然后源节点S根据信道状态对比门限t₀对待发送BPSK调制信号w′进行比特反转加密后传输，同时在整个传输的首尾时隙，分别利用半双工可信中继R2及源节点S发送干扰噪声，该方法能够保证信息传输的安全，抗窃听性能优良。

技术领域

本发明属于物联网中无线中继网络的物理层安全领域，具体涉及一种基于信道状态信息进行传输加密的安全虚拟全双工中继方法。

背景技术

物联网(IoT)系统通过无线通信网络(WCN)可以将千千万万的子网络或节点互联在一起，进行实时信息交换。将发送子网或节点统一看作源节点，接收子网或节点统一看作目的节点。通常WCN连接的源节点与目的节点之间的距离很远，如果两者之间进行直接无线通信，需要消耗大量发射功率，同时对目的节点的接收也是一个巨大挑战。这就要引入无线中继网络(WRN)来解决远距离传输的难题。中继传输方法的诞生由来已久，其不仅在可靠性和速率方面具有很大潜力，而且还具有增强无线通信安全性的特点。在IoT中，一部分节点可以看作是协作通信中的中继节点，它们可以中间转发源节点向目的节点发送的信息。因此研究WRN的物理层安全技术对保障IoT的信息安全具有重要研究意义。

目前，关于WRN物理层安全技术的研究，主要是基于对不同中继类型、不同中继转发模式进行分析和设计，以获得系统保密容量的提升。中继类型主要包括半双工中继和全双工中继，中继转发模式主要包括放大转发(AF)和译码转发(DF)。由于半双工中继技术易于实现，成本低廉，因此当前的中继协作网络多使用半双工中继，但是半双工中继不能避免频谱效率低这一不足。全双工中继的频谱效率高，但是其存在严重的自干扰问题，自干扰的消除自然成为其中的研究热点。AF是指中继节点直接转发接收到的模拟信号，而DF转发是指中继节点首先对接收到的信号译码，然后将数据重新编码发出。

另一类文献介绍了新型的虚拟全双工中继系统，在该系统中，使用两个半双工中继在相邻时隙交替转发，构成了一个全双工中继。虚拟全双工中继系统既达到了半双工中继的结构简单易于实现的特点，又达到了全双工中继工作频谱利用率高的特点。现有考虑虚拟全双工中继场景下系统安全性能的文献分析了系统的安全容量和中断概率，并且在相同仿真环境下与半双工中继、全双工中继和全双工中继与人工噪声协作等三种方案做了对比，文献中提出的虚拟全双工中继方案获得了明显的性能提升。但不足之处在于该方案下的信息加密措施过于简单，信息传输的安全性较低，抗窃听性能并没有达到绝对安全，还有很大提升空间。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于信道状态信息进行传输加密的安全虚拟全双工中继方法，该方法能够保证信息传输的安全，抗窃听性能优良。

为达到上述目的，本发明所述的基于信道状态信息进行传输加密的安全虚拟全双工中继传输方法包括以下步骤：

建立虚拟全双工中继系统模型，其中，所述虚拟全双工中继系统包括源节点S、目的节点D、半双工可信中继R1及半双工可信中继R2，在信息传输过程中，半双工可信中继R1及半双工可信中继R2在前后时隙交替接收及转发信号，在虚拟全双工中继系统模型的主链路信道状态信息已知的条件下，设置信道状态对比门限t₀，然后源节点S根据信道状态对比门限t₀对待发送BPSK调制信号w′进行比特反转加密后传输，同时在整个传输的首尾时隙，分别利用半双工可信中继R2及源节点S发送干扰噪声。

根据信道状态对比门限t₀对待发送BPSK调制信号w′进行比特反转加密后传输的具体操作为：