[发明专利]一种基于人工噪声的安全通信方法

说明书

本发明公开了一种基于人工噪声的安全通信方法，S1.将期望信号进行星座映射，并根据星座映射结果设计人工噪声；S2.发射机将期望信号和人工噪声叠加后得到信号s进行发射，由接收机进行信道估计对接收信号进行补偿得到信号S3.接收机根据信号重建出人工噪声S4.接收机根据补偿得到信号和重建出的人工噪声得到恢复后的期望信号本发明提供的安全通信方法在保证合法接收机正常接收的同时，阻断了非法窃听机对期望信号的窃取。

技术领域

本发明属于物理层安全通信领域,特别是涉及一种基于人工噪声的安全通信方法。

背景技术

物理层安全近年来已经成为一个备受关注的问题。尽管上层能使用较为有效的加密算法和协议来防止窃听者获取机密信息，但是并不能阻止窃听者在物理层直接拦截通信信号，这为窃听者破译信息和试探通信提供了可能。

人工噪声技术被广泛地应用于物理层安全通信领域。常见的运用有，多天线场景下，将人工噪声投射到接收信道的零空间中辅助信号传输，在保证合法接收机能正常接收的同时，阻断非法窃听机对期望信号的窃取；将人工噪声与波束成形、预编码等技术结合，通过优化的方法求解最优的人工噪声设计方案。单天线场景下，将人工噪声设计为已知的随机序列，接收机采用自干扰抑制的方式去除人工噪声的影响。

上述技术的缺陷在于，优化算法常常具有较高的算法复杂度，也需要依赖信道状态信息；干扰检测和抑制技术将给接收机带来较大的资源开销。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于人工噪声的安全通信方法，在保证合法接收机正常接收的同时，阻断了非法窃听机对期望信号的窃取。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于人工噪声的安全通信方法，包括以下步骤：

S1.将期望信号进行星座映射，并根据星座映射结果设计人工噪声；

所述步骤S1中，设期望信号经过星座映射之后为x，则设计人工噪声y为：

其中，和分别表示取复信号x的实部和虚部，P_y表示人工噪声信号的功率，表示取X的符号。

S2.发射机将期望信号和人工噪声叠加后得到信号s进行发射，由接收机进行信道估计对接收信号进行补偿得到信号

所述步骤S2包括：

S201.发射机将期望信号x和人工噪声y叠加作为信号s发射:

s＝x+y

S202.经过平坦衰落之后，接收机收到的信号为：

其中，h_b表示信道系数，n_b表示接收机处的热噪声；

S203.接收机进行信道估计，并对接收到的信号进行补偿，得到信号

其中，表示信道估计值；ε表示归一化的信道估计误差，表示信道补偿之后的等效噪声。

S3.接收机根据信号重建出人工噪声

所述步骤S3包括以下子步骤：

S301.对信号求取实部和虚部：

为了有效进行安全通信，假设人工噪声功率远大于期望信号功率；同时，假设接收机引入的热噪声功率很小，从而信道估计的误差很小；其中，人工噪声比期望信号的功率比大于20dB，则认为人工噪声功率远大于期望信号功率；接收机的信噪比大于20dB时，则认为热噪声功率很小，从而信道估计误差很小；在此条件下，公式中，