[发明专利]一种大规模天线系统中的安全传输方法

说明书

本申请涉及一种大规模天线系统中的安全传输方法。随着天线数量上升，对波束的设计将引入极高的复杂度，实际应用十分困难。对于合法接收者和窃听者相对于发送者空间方向相近的场景，需要消耗大量发射功率产生人工噪声才能产生明显的干扰效果，系统整体性能不理想。本申请提供了一种大规模天线系统中的安全传输方法，所述方法包括如下步骤：发送者通过信道估计获取合法接收者上行信道向量；发送者根据所述上行信道向量提取出上行主信道的角度特征参数；发送者根据所述上行主信道的角度特征参数对发送数据进行调制，在同一相干时隙内进行下行数据传输。保证了只有合法接收者能够正确提取出发送者的信息，在大规模天线系统多场景下皆能保证安全传输。

技术领域

本申请属于无线通信技术领域，特别是涉及一种大规模天线系统中的安全传输方法。

背景技术

大规模MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出)技术被视作5G(5th-Generation，第五代移动通信技术)物理层中最有前景的技术。随着天线数量的增加，天线阵列的空间分辨率提升。利用空间域中信道的特性，物理层安全已成为确保大规模MIMO 系统中安全传输的有效方法。

基于用户的波束变窄，发射天线的数目增加的特性，大规模MIMO系统通常采用低复杂度的线性波束成形，从而具有良好的安全传输性能。但是，如果合法接收者和窃听者相对于发送者几乎具有相同的空间方向，则意味着主信道和窃听信道具有高度相关性，这种情况下安全传输方案设计变得十分必要。

对于MIMO系统，已有解决方案主要包含波束成形和人工噪声两个方面：其中，波束成形方案要求发送者获取接收者和窃听者准确的CSI(Channel State Information，信道状态信息)。发送者对发射波束进行设计，使零陷对准窃听者，从而使窃听者在低信噪比下无法解调出正确信息。在大规模MIMO系统中，随着天线数量上升，对波束的设计将引入极高的复杂度，实际应用十分困难。对于人工噪声方案，主要步骤是通过在主信道(发送者与合法接收者间的信道)的零空间引入噪声，在不影响合法接收者信噪比的同时降低窃听者的信道质量，从而提升系统的安全容量。对于合法接收者和窃听者相对于发送者空间方向相近的场景，需要消耗大量发射功率产生人工噪声才能产生明显的干扰效果，系统整体性能不理想。

发明内容

1.要解决的技术问题

基于对于MIMO系统，已有解决方案主要包含波束成形和人工噪声两个方面：其中，波束成形方案要求发送者获取接收者和窃听者准确的CSI(Channel State Information，信道状态信息)。发送者对发射波束进行设计，使零陷对准窃听者，从而使窃听者在低信噪比下无法解调出正确信息。在大规模MIMO系统中，随着天线数量上升，对波束的设计将引入极高的复杂度，实际应用十分困难。对于人工噪声方案，主要步骤是通过在主信道(发送者与合法接收者间的信道)的零空间引入噪声，在不影响合法接收者信噪比的同时降低窃听者的信道质量，从而提升系统的安全容量。对于合法接收者和窃听者相对于发送者空间方向相近的场景，需要消耗大量发射功率产生人工噪声才能产生明显的干扰效果，系统整体性能不理想的问题，本申请提供了一种大规模天线系统中的安全传输方法。

2.技术方案

为了达到上述的目的，本申请提供了一种大规模天线系统中的安全传输方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1)：发送者通过信道估计获取合法接收者上行信道向量；

步骤2)：发送者根据所述上行信道向量提取出上行主信道的角度特征参数；

步骤3)：发送者根据所述上行主信道的角度特征参数对发送数据进行调制，在同一相干时隙内进行下行数据传输。

本申请提供的另一种实施方式为：所述步骤1)中上行信道向量获取如下：