一種基于波束成形的提高多天線系統(tǒng)通信安全的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于波束成形的提高多天線系統(tǒng)通信安全的方法，包括如下步驟：合法接收方發(fā)送信道估計序列，合法發(fā)送方根據(jù)序列估計合法通信的信道信息；合法發(fā)送方發(fā)送信息時乘以權(quán)值；通信過程采用具有對稱符號集的MPSK調(diào)制方式調(diào)制；接收方利用最大似然解調(diào)信號；當(dāng)合法發(fā)送方天線大于合法接收方天線時，利用陣列冗余優(yōu)勢對權(quán)系數(shù)進(jìn)行處理，最后得到發(fā)送的信號。本發(fā)明的有益效果：以較小的代價取得比傳統(tǒng)安全和物理層安全系統(tǒng)更高的安全性，采用陣列冗余優(yōu)勢，對發(fā)送信號權(quán)系數(shù)進(jìn)行處理，進(jìn)一步防止竊聽方利用盲均衡方式進(jìn)行攻擊，提高安全性。
【專利說明】一種基于波束成形的提高多天線系統(tǒng)通信安全的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無線通信系統(tǒng)安全【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于波束成形的提高多天 線系統(tǒng)通信安全的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 無線通信的安全一直備受重視。近來迅速發(fā)展的無線移動網(wǎng)絡(luò)由于其無線信號的 廣播特性使其容易遭受竊聽方攻擊。傳統(tǒng)的基于密碼的安全技術(shù)在考慮安全問題時并沒 有利用無線通信物理層特性，在解決現(xiàn)代迅速發(fā)展的各種無線網(wǎng)絡(luò)安全問題時已力不從心 (如無線傳感網(wǎng)絡(luò)等）。
[0003]目前的多天線物理層安全技術(shù)大多建立在一些不現(xiàn)實的假設(shè)基礎(chǔ)之上。大多數(shù)基 于發(fā)送波束成型的方法假設(shè)合法發(fā)送方需要知道竊聽方和合法通信雙方的信道信息，這在 實際通信中是難以實現(xiàn)的。LI提出的陣列冗余法以及Goel的人工噪聲類方法的安全性則 是建立在竊聽信道與合法信道嚴(yán)格非相關(guān)基礎(chǔ)之上，如若竊聽方的信道信息與合法通信信 道信息十分接近或者竊聽方獲得部分合法信道信息，其安全性將無法保證。
[0004] 在跨層安全研究中，H.WEN將MM0人工噪聲和上層流密碼結(jié)合，但該方法安全性 能未能達(dá)到實際需求。將STBC與上層密鑰結(jié)合的跨層方案可以達(dá)到良好的安全性能，但是 其空時編碼需要固定的收發(fā)天線組合數(shù)使其在實際應(yīng)用場景中收到一定限制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種基于波束成形的提高多天 線系統(tǒng)通信安全的方法，采用MM0系統(tǒng)中波束成形與上層密鑰結(jié)合的安全技術(shù)，利用上層 密鑰配合物理層的波束成形技術(shù)，即便是在竊聽方獲得合法通信雙方精確的信道信息條件 下也沒有辦法正確解調(diào)，從而從物理層面上保證竊聽方無法獲取任何有用信息。而物理層 的發(fā)送信號隨機(jī)迅速快速衰變，且淹沒在噪聲中以掩護(hù)上層密鑰，使竊聽方較傳統(tǒng)通信系 統(tǒng)更加難以通過盲估計方式攻擊獲得密鑰。
[0006] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種基于波束成形的提高多天線系 統(tǒng)通信安全的方法，包括以下步驟： 51 :在通信之前，合法接收方向合法發(fā)送方發(fā)送信道估計序列，合法發(fā)送方根據(jù)接收的 信道估計序列估計合法通信的信道信息HBA，根據(jù)TDD系統(tǒng)信道的互易性，得出HBA =HAB，竊 聽方竊取此序列估計HBE，無法根據(jù)序列獲取信道信息HBA和HAE ; 52 :合法發(fā)送方發(fā)送信息s(n)，在發(fā)送信息s(n)時乘以權(quán)值w(n)，最終發(fā)出的信息 x(n) =w(n)s(n);在發(fā)送過程中，合法通信雙方共享二進(jìn)制序列Q_tMl= (qi，q2，…，qn)， qiGGF(2)，IE為對角線元素為1的隊維單位陣，令

【權(quán)利要求】
1. 一種基于波束成形的提高多天線系統(tǒng)通信安全的方法，其特征在于：包括以下步 驟： 51 :在通信之前，合法接收方向合法發(fā)送方發(fā)送信道估計序列，合法發(fā)送方根據(jù)接收的 信道估計序列估計合法通信的信道信息Hba，根據(jù)TDD系統(tǒng)信道的互易性，得出Hba =Hab，竊 聽方竊取此序列估計Hbe，無法根據(jù)序列獲取信道信息Hba和Hae ; 52 :合法發(fā)送方發(fā)送信息s(η)，在發(fā)送信息s(η)時乘以權(quán)值w(η)，最終發(fā)出的信息 x(n) =w(n)s(n);在發(fā)送過程中，合法通信雙方共享二進(jìn)制序列Q_tMl=Q^q2, "^qn), qieGF(2)，Ie為對角線元素為1的隊維單位陣，令
53 :在通信過程中，采用具有對稱符號集的MPSK調(diào)制方式，即對調(diào)制符號集S，對其中 任意一個調(diào)制符號SieS，總存在一個纟,=(-\)es,星座符號與調(diào)制比特的映射按如下準(zhǔn) 則：
? 其中，M為調(diào)制階數(shù)，Ui(i= 1，2，"·，Μ)為M比特的待調(diào)比特向量； 54 :當(dāng)Ui映射符號Si時保證與Ui漢明距離最遠(yuǎn)的向量Uj映射到-Si，同時保證相鄰的 符號對應(yīng)的比特向量平均漢明距離最小，則合法接收方接收到信號yjn)利用最大似然解 調(diào)Si如下：
同時，竊聽方接收到信號I，用同樣方式解調(diào)收到的信號：
55 :當(dāng)合法發(fā)送方天線Nt大于合法接收方天線隊時，令發(fā)送發(fā)權(quán)系數(shù)時變；利用陣列 冗余優(yōu)勢，在每個符號發(fā)送時隙i對于權(quán)系數(shù)<、wM故出如下處理：
則有，
ifq, =〇,(+IiJ = I 其中，^p 1Htl為NrXNr子矩陣，H1為NrX(Nt-Nr)子矩陣； if仏=1, (±1免）=-1， 令以11) =Wl(n)s(n)為隨機(jī)變量，且服從高斯隨機(jī)分布，均值μ，協(xié)方差矩陣Σ;那么解方 程可得X。(n) =HcT1 [(±lqi)IEs(n) -H1X1 (η)]; S6 :最后可得發(fā)送信號：
【文檔編號】H04W12/02GK104320777SQ201410604128
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月30日
【發(fā)明者】唐杰, 文紅, 蔣屹新, 宋歡歡 申請人:電子科技大學(xué), 南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司