[发明专利]一种基于全双工的认知无线网络物理层安全传输方法

说明书

本发明公开了一种基于全双工的认知无线网络物理层安全传输方法，主用户与认知用户之间通过相互合作，提升主用户信息的传输安全和认知用户信息的传输吞吐量；认知用户按设计协助主用户进行信息转发，同时利用全双工技术和波束成形技术发送认知用户信号作为噪声，改善主用户信息传输的安全性能，与传统的Overlay传输技术相比，本发明能够有效提升主用户信息的传输安全和认知用户信息吞吐量，还可以提升网络的频谱利用率和系统能量效率。

技术领域

本发明涉及认知无线电通信中的物理层安全传输领域，尤其涉及一种基于全双工的认知无线网络物理层安全传输方法。

背景技术

随着无线通信技术的迅速发展，频谱资源短缺问题日益凸显出来。认知无线电技术作为一种有效缓解频谱资源短缺问题的方法得到越来越多的重视和研究。认知无线电技术旨在保证授权用户服务质量的基础上使非授权用户可以共享授权用户的频谱资源，从而提升频谱的利用效率。协作式频谱共享(Overlay)是一种常用的认知无线电技术，在协作式频谱共享网络中，非授权用户可以通过协助授权用户进行信息传输来换取频谱资源。

认知无线电技术的推广使用可以有效提升现有频谱资源的利用率，但其动态开放的频谱特性也使其更易受到恶意节点的窃听，面临更大的安全威胁。物理层安全技术是一种新兴的无线信息安全技术，其核心思想是从信息论的角度出发，利用无线信道之间物理层特性的差异来提升无线信号传输的安全性能。其中，人工噪声协助机制是一种非常重要的物理层安全技术，其通过设计特殊的噪声信号干扰窃听用户的窃听，从而提升信息传输的安全性能。然而，传统的人工噪声信号往往是无用的，单纯为保护授权用户信息传输而设计，这会消耗部分能量，降低系统的能量利用效率，是不经济的。协作式频谱共享技术旨在通过授权用户与非授权用户之间的合作来达到协作共赢的目的。因此，结合人工噪声协助机制的理念，本发明提出一种基于全双工的协作式认知无线网络物理层安全传输方法，以此来同时提升主用户的信息传输安全和认知用户的信息传输效率，并进一步提升频谱的利用率和系统能量使用效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于全双工的认知无线网络物理层安全传输方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于全双工的认知无线网络物理层安全传输方法，包括如下步骤：

S1、主用户发射机和认知用户发射机分别广播导频信号，并获取所述认知用户发射机和认知用户接收机反馈的信道状态信息、选择信道状态最优的天线作为发射天线；

S2、主用户发射机和认知用户发射机利用所述发射天线分别发送第一主用户信号和第一认知用户信号；同时，所述认知用户发射机利用剩余的天线通过最大比合并机制接收所述第一主用户信号；

S3、认知用户接收机接收掺杂有所述第一主用户信号的所述第一认知用户信号；多个窃听用户窃听掺杂有所述第一认知用户信号的所述第一主用户信号，并利用最大比合并机制将其窃听所得的所述第一认知用户信号和所述第一主用户信号合并；

S4、认知用户发射机通过随机译码转发机制转发其接收到的所述第一主用户信号，并利用交互式迫零波束成形方法同时发送第二主用户信号和第二认知用户信号；

S5、主用户接收机和认知用户接收机分别接收所述第二主用户信号和所述第二认知用户信号；多个窃听用户窃听掺杂有所述第二认知用户信号的所述第二主用户信号，并利用最大比合并机制将其窃听所得的所述第二认知用户信号和所述第二主用户信号合并；

S6、根据认知用户发射机接收所述第一主用户信号和主用户接收机接收所述第二主用户信号的瞬时信干噪比评估主用户信息传输的安全中断概率；根据认知用户接收机接收所述第一认知用户信号和所述第二认知用户信号的瞬时信干噪比评估认知用户信息传输的有效吞吐量。