[发明专利]一种可实现物理层安全传输的波束成型方法

说明书

本发明公开了一种可实现物理层安全传输的波束成型方法，根据网络规划的要求，为源节点S分配K个中继节点；源节点S分别估计S→D链路和S→R_k链路的信道衰落矢量；源节点S根据S→R_k链路的信道增益选择一个最佳的中继节点R^*；源节点S对发送的比特信息进行星座映射；源节点S对发送信号进行波束成型并向中继节点R^*和目的节点D广播；中继节点R^*将接收信号进行放大并转发至目的节点D；目的节点D对源节点S和中继节点R^*发送的信号进行合并检测和判决。本发明提出的波束成型方案可以实现源节点和目的节点之间的信息不被中继节点窃取的前提下，获得中继节点参与协作转发带来的空间分集增益，从而提升目的节点接收检测的误比特率性能。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种可实现物理层安全传输的波束成型方法。

背景技术

目前，无线信道的开放性、通信的广播特性、终端的移动性、网络拓扑结构的多样性及无线传输的不稳定性等因素使得移动通信网络面临者更多的安全威胁，比如窃听和假冒。传统通信系统的安全机制是建立在物理层之上，并且假设物理层能够提供一条无差错的数据传输链路，通过合法用户之间的密钥共享来实现保密通信。然而目前大量出现的分布式通信系统，如移动Ad-hoc网络、用户直连通信系统，由于其成本低、功能简单，使得传统的加密技术无法实施。因此，建立物理层的安全机制，利用物理层的编码、调制和传输设计来保证信息传输的安全性已得到研究人员的广泛关注。协作通信技术作为一种多天线技术的扩展，目前已成为4G移动通信系统的关键技术之一，并且已经在LTE规范第8版本得到了实际的部署。协作通信技术的核心思想是利用中继节点的协作传输，在源节点和目的节点之间引入多条传输路径，从而有效抵抗无线信道的衰落，提高通信系统的频谱利用率。协作通信系统的信号传输通常分为两个阶段：在广播阶段，源节点将信号广播至中继节点和目的节点；在协作阶段，中继节点按照一定的中继协议对接收信号进行再处理，然后转发至目的节点。目前，中继节点采用中继协议主要包括，放大转发协议、译码转发协议等等。由于协作通信系统通常是一个分布式的通信系统，参与协作通信的各个节点有可能具有不同的安全级别，这就会导致中继节点在转发源节点的机密信息时会造成机密信息的泄露。所以，针对协作通信系统中如何实现物理层的安全传输成为一个急需解决的问题。目前，针对该问题现有的研究成果主要是从信息论的角度出发，利用人工加噪，协作干扰等技术设计源节点和目的节点之间的安全传输策略，具体可参考文献S.Goel and R.Negi,“Guaranteeingsecrecy using artificial noise,”IEEE Trans.Wireless Commun.,vol.7,no.6,pp.2180–2189,June 2008.和文献J.Huang,A.Mukherjee,and A.L.Swindlehurst,“Securecommunication via an untrusted non-regenerative relay in fading channels,”IEEE Trans.Signal Process.,vol.61,no.5,pp.2536–2550,May 2013等。不过我们需要指出，上述这些方法都是建立在信息论理想假设的基础之上，即要求源节点的输入信号服从连续分布，比如高斯分布，同时要求源节点的信道编码为码长足够长的“好码”。然而实际的协作通信系统通常无法满足上述理想假设，因为源节点的输入信号往往是离散信号而不是连续信号，而且源节点的信道编码长度通常也非常有限，所以，当协作通信系统采用现有的物理层安全传输方案时，目的节点接收检测的误比特率(BER)性能往往会比较差。

综上所述，现有的物理层安全传输方案中目的节点接收检测的BER性能比较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可实现物理层安全传输的波束成型方法，旨在解决现有的物理层安全传输方案中目的节点接收检测的BER性能比较差的问题。