[发明专利]一种全双工中继网络的物理层安全传输方法

说明书

发明公开一种全双工中继网络的物理层安全传输方法。方法为：首先发射机向全双工中继节点发送导频信号，全双工中继节点根据接收导频信号的强度，选择全双工中继节点配置最佳的接收天线，剩余天线发射干扰信号，干扰窃听用户的窃听；然后全双工中继节点通过译码转发协议向接收机转发信号，同时采用迫零波束赋形方法对转发信号进行预编码，使得窃听用户位于转发信号对应零空间；接着全双工中继节点计算瞬时接收信干噪比，接收机计算瞬时接收信噪比，得出多天线全双工中继场景下基于译码转发协议的传输链路的瞬时信噪比；最后窃听用户窃听传输数据，并接收来自全双工中继发送的干扰信号。本发明提高了全双工中继网络的物理层安全性能。

技术领域

本发明涉及多天线全双工窃听系统物理层安全技术，特别是一种全双工中继网络的物理层安全传输方法。

背景技术

随着移动互联网的迅速发展，很多垂直行业的业务，如医疗健康、智能家具和智能交通等，将会转移到无线网络平台上，相关的隐私信息(如身份、位置、健康等个人隐私信息)也将随着业务的转移，从封闭的平台转移到开放的平台上，接触状态从线下变成线上，泄露的风险大大增加，因此有必要借助其他技术方法提升网络的物理层安全性能。

研究表明，多天线技术通过先进的信号处理技术，可以在不增加发送功率和带宽的情况下大大改善无线网络传输性能，是改善无线网络物理层安全传输方案常用技术之一，并且中继节点采用全双工技术在接收信息的同时进行转发，可以提高频谱利用率和系统吞吐量，且缓解了MAC资源调度带来的拥塞问题和多跳网络中虫孔交换(WormholeSwitching)带来的时延问题，因此，针对多天线的全双工中继网络的物理层安全传输方法研究具有重要意义。

传统的全双工中继网络，中继节点在接收信号的同时转发信息，窃听用户可同时从发射机和中继节点窃收所需信息，窃听效率大幅提升。为解决该问题，现有技术对全双工中继网络进行了优化配置，具体为：第一时隙，全双工中继节点在选定接收天线接收发射机信息的同时利用剩余发射天线发射干扰信号，以提升第一时隙的物理层安全传输性能；第二时隙，全双工中继节点利用其多天线的优势，对窃听节点进行迫零预编码处理，采用迫零波束赋形方法处理后向接收机转发数据，完全防护了中继节点处的窃听，大幅提升了网络的物理层安全传输性能。然而，上述研究还面临着传输方法设计多元化、残余自干扰影响、优化空间大等技术挑战。因此，如何在多天线全双工中继网络中设计更有效的物理层安全传输方法，以提升全双工中继网络的物理层安全传输性能已成为研究热点。

目前，关于中继网络的物理层安全传输方法主要有以下两种：

第一种方法是在半双工模式下中继节点采用选择合并/迫零波束赋形(SelectionCombining/Zero Forcing Beamforming,SC/ZFB)方法进行物理层安全传输,其主要步骤是：第一时隙，发射机向中继节点发送数据，中继节点采用选择合并的方法选取最好的一根接收天线来接收来自发射机发送的数据；第二时隙，配置N_R根天线的中继节点使用迫零波束赋形方法向接收机转发数据信息。此外，窃听用户会窃听发射机发送的数据。

这种方法的优点是配置N_R根天线的中继节点采用迫零波束赋形方法对转发的数据信息进行预编码，使得窃听用户位于转发信号对应零空间的同时，最大化接收机接收信号的信噪比，有效提升了系统的物理层安全性能。然而，由于第一时隙中发射机也会受到窃听用户窃听的风险，且没有设计相应物理层安全性能增强方法，影响了系统物理层安全性能的提升，所以这种方法还存在很大的改进空间。