[发明专利]基于时间反演技术的下行链路安全传输策略

说明书

采用人工噪声的安全传输策略将会大幅度提高系统的保密性，但是会额外消耗能量，可能影响整个无线通信系统的生存周期。针对多用户多输入单输出下行链路系统中的安全通信问题，提出一种基于时间反演技术的下行链路安全传输策略。首先，在多用户MISO下行链路系统中采用时间反演技术，利用空时聚焦性来提高系统的保密性能；其次考虑辅助人工噪声干扰信号的保密信号将额外消耗能量，因此引入SWIET技术有效解决能耗问题，改善系统安全性能。理论分析和仿真结果表明：所提策略保密容量更高，信息泄露量更少。

技术领域

本发明涉及无线通信安全领域，特别涉及基于时间反演技术的下行链路安全传输策略。

背景技术

无线通信系统具有广播性，给窃听用户提供了可趁之机。传统的无线通信系统主要是依靠上层的加密协议体系，通过对信息进行加解密、认证等技术来保证窃听用户窃取不到任何保密信息。这种加密方法假设算法足够复杂以致窃听用户破解加密信息所花费的时间比信息的有效时长更长，但是随着计算机运算能力的飞速提升，它已经不能满足人们对于未来无线通信安全性的要求。因此无线通信系统安全通信的研究引起广泛关注，已成为无线通信领域的一个研究热点。

Wyner提出保密容量的概念和三节点窃听信道模型。该模型由发送方，合法接收用户和窃听用户组成。发送方需要发送保密信息给合法接收用户，同时避免窃听用户窃取到保密信息。保密容量是指发送方和期望用户之间的通信不会被窃听用户窃听的最高信息传输速率，是衡量系统保密性能的指标。当合法信道的信道状态更好时，合法信道比窃听信道的信道容量更大，即保密容量为正值，系统能够实现保密通信。时间反演(time reversal,TR)技术是在时域上对所接受到的信号进行一种逆序操作，它将信号按照到达接收端的顺序进行前后倒转。在频域上，它等同于相位共轭。这种技术能够实现信号在时间与空间上的聚焦。时间反演技术的这种时空聚焦特性能有效补偿非均匀复杂环境或媒质引起的信号多径延迟衰减。因此时间反演技术在无线通信系统安全通信研究方面存在巨大的潜力。

为了提高保密容量，研究人员提出一种在合法信道的零空间内加入人工噪声的方法。人工噪声位于合法信道的零空间内，合法信道方向上的保密信号未被干扰，但扰乱了窃听用户对保密信息的窃听，降低了窃听信道的传输质量。采用人工噪声的安全传输策略将会大幅度提高无线通信系统保密性，但是它会额外消耗自身的能量，甚至可能影响整个无线通信系统的生存周期。在多天线系统中，自适应天线选择策略可以优化系统的保密性能。

有些专家首先提出并分析了信息和能量同时传输(simultaneous wirelessinformation and energy transfer,SWIET)技术。专家引入SWIET技术有效地解决了能耗问题，改善了系统安全性能。现有文献虽然引入SWIET技术有效地解决了采用人工噪声的安全传输策略的能耗问题，但是没有探索引入SWIET技术解决多用户MISO下行链路系统中时间反演技术和人工噪声相结合的能耗问题。

采用人工噪声(artificial noise,AN)的安全传输策略将会大幅度提高系统的保密性，但是会额外消耗能量，可能影响整个无线通信系统的生存周期。针对多用户多输入单输出(multiple input single output,MISO)下行链路系统中的安全通信问题，提出一种基于时间反演(time reversal,TR)技术，采用信息和能量同时传输(simultaneouswireless information and energy transfer,SWIET)技术和考虑辅助人工噪声干扰信号的保密信号的安全传输策略。首先，在多用户MISO下行链路系统中采用时间反演技术，利用空时聚焦性来提高系统的保密性能；其次考虑辅助人工噪声干扰信号的保密信号将额外消耗能量，因此引入SWIET技术有效解决能耗问题，改善系统安全性能。理论分析和仿真结果表明：所提策略保密容量更高，信息泄露量更少。

发明内容