組，設(shè)每次傳輸bt 個(gè)比特的信息，bt=bs+lv其中bs是用來進(jìn)行調(diào)制的信息比特，設(shè)采用的星座為A，經(jīng)調(diào) 制后得到的調(diào)制符號為sk，\是空間調(diào)制比特，用來選擇激活中繼，對于K個(gè)中繼的系統(tǒng)， /?r = [./0沒2幻，其中N表示向下取整；
[0041] 第k次傳輸，設(shè)激活中繼序號為tk，發(fā)送調(diào)制符號為sk，對調(diào)制符號進(jìn)行如下處理 得到發(fā)射符號：xk= s k/hsA，其中hsA是源節(jié)點(diǎn)和激活中繼之間的信道系數(shù)，則任意中繼t i 及竊聽節(jié)點(diǎn)接收到的信息分別為：
[0044] 其中，匕是源節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，h 是源到中繼t亦信道系數(shù)，h 是源到竊聽節(jié)點(diǎn) 的信道系數(shù)，HjPnel分別是中繼h和竊聽節(jié)點(diǎn)處的高斯白噪聲，均值為0,方差為〇2。 [0045] 由于中繼并不知道自己與源節(jié)點(diǎn)之間的信道信息，因只有激活中繼t k能對接收信 號進(jìn)行解碼，信息比特采用了 CRC校驗(yàn)，則激活中繼能知道自己是否譯碼正確，如果譯碼正 確則開始階段2的轉(zhuǎn)發(fā)。對于其他中繼和竊聽節(jié)點(diǎn)，他們并不知道自己與源節(jié)點(diǎn)之間的信 道信息，并且每次傳輸?shù)腬都是獨(dú)立隨機(jī)生成的，對他們來說每次傳輸?shù)牡刃诺纇 sH/hsrit 或1/1^都是獨(dú)立變化的，這就阻止了他們采用盲檢測的嘗試，因此他們很難對階段1的 傳輸進(jìn)行正確解碼。
[0046] 3)激活中繼對接收到的信號成功進(jìn)行解碼，將解碼后的信號除以第二信道信息， 然后再將包含第二信道信息的信號發(fā)送到目的節(jié)點(diǎn)；
[0047] 階段2,激活中繼將正確解碼的比特重新進(jìn)行調(diào)制，采用星座A，得到調(diào)制符號ck， 然后利用自己到目的節(jié)點(diǎn)的信道產(chǎn)生發(fā)送的符號X rit= c k/bdk，這樣目的節(jié)點(diǎn)和竊聽節(jié)點(diǎn)接 收的符號分別為
[0050] 由上式可見，目的節(jié)點(diǎn)能對調(diào)制信息進(jìn)行解碼，竊聽節(jié)點(diǎn)不知道中繼到目的節(jié)點(diǎn) 的信道，并且每次激活中繼到目的節(jié)點(diǎn)的信道都由源信息\確定，而h比特每次傳輸都是 獨(dú)立變化，所以對竊聽節(jié)點(diǎn)來說每次傳輸?shù)牡刃诺纇Mk/hi都是獨(dú)立變化的，它很難對階 段2的傳輸進(jìn)行正確解碼。
[0051]階段2的傳輸之后，各節(jié)點(diǎn)可采用最大似然解碼，對于激活中繼和目的節(jié)點(diǎn)，他們 的解碼分別為
[0054] 對于竊聽節(jié)點(diǎn)，由于其接收信號受源到激活中繼、激活中繼到目的節(jié)點(diǎn)的信道影 響，而這些信道信息是不能獲得的，且隨著源信息\的變化而隨機(jī)變化，因此其只能對源節(jié) 點(diǎn)的信息進(jìn)行猜測，例如
[0056] 實(shí)際上，其他未被源節(jié)點(diǎn)信息\選中的中繼也只能對源信息進(jìn)行猜測。
[0057] 為了驗(yàn)證本發(fā)明提出的基于分布式空間調(diào)制的抗竊聽傳輸方法的性能，我們進(jìn)行 了如下仿真，仿真中源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)采用相同的發(fā)射功率P t，接收機(jī)處的高斯白噪聲方 差為G 2。各鏈路是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的瑞利衰落，各鏈路信道方差為1，源節(jié)點(diǎn)采用QPSK調(diào)制，中繼 個(gè)數(shù)為4,則每次傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)為4,通過采用漢明碼檢錯，中繼能知道自己是否譯碼正確， 譯碼正確的中繼進(jìn)行階段2的轉(zhuǎn)發(fā)。如果沒有中繼譯碼正確，則此次傳輸無效。
[0058] 情況1 :圖1給出了所提方法在目的節(jié)點(diǎn)及竊聽節(jié)點(diǎn)處的BER性能及信道估計(jì)誤 差對本方法性能的影響。首先，由仿真結(jié)果可見，通過采用基于分布式空間調(diào)制的抗竊聽技 術(shù)，目的節(jié)點(diǎn)隨著發(fā)射信噪比P t/ 〇 2的增大能成功對源信息解碼，而竊聽節(jié)點(diǎn)無論源節(jié)點(diǎn) 發(fā)射功率如何，其BER曲線在0. 3和0. 4之間出現(xiàn)了誤碼率平臺。因此本方法能有效抵抗竊 聽節(jié)點(diǎn)的對源信息的解碼。當(dāng)信道估計(jì)出現(xiàn)誤差時(shí)，目的節(jié)點(diǎn)性能會出現(xiàn)相應(yīng)的惡化。當(dāng) 信道估計(jì)誤差較小時(shí)，目的節(jié)點(diǎn)性能與理想信道估計(jì)下的性能差別很小。
[0059] 情況2 :圖2比較了所提方法與中繼協(xié)作干擾方法的性能比較。現(xiàn)有的采用DF協(xié) 議的中繼系統(tǒng)中，中繼協(xié)作干擾是一種比較常見的物理層安全方法。大部分文獻(xiàn)基于全局 信道信息通過最大化安全速率來進(jìn)行干擾中繼的選擇或干擾功率的優(yōu)化。我們假設(shè)竊聽節(jié) 點(diǎn)信道未知，從BER的角度對本方法及中繼協(xié)作干擾的方法進(jìn)行比較。采用與本方法相同 的系統(tǒng)設(shè)置和仿真條件，為了獲得相同的比特傳輸速率，中繼協(xié)作干擾采用16QAM。仿真中 我們首先考慮中繼干擾1，即假設(shè)竊聽節(jié)點(diǎn)無法利用盲檢測技術(shù)獲得源信息，源節(jié)點(diǎn)和中繼 節(jié)點(diǎn)利用信道信息對調(diào)制符號進(jìn)行處理以得到發(fā)射符號，所有功率都用來發(fā)送信息符號， 中繼干擾功率為0,這是中繼協(xié)作干擾的極限情況。但是實(shí)際上當(dāng)信道在一定時(shí)間不變時(shí)， 竊聽節(jié)點(diǎn)有能力通過盲檢測技術(shù)得到源節(jié)點(diǎn)信息。因此需要加入人工干擾。當(dāng)干擾功率逐 漸增大，中繼協(xié)作干擾方法的目的節(jié)點(diǎn)性能會相應(yīng)惡化。中繼干擾2中源信息功率與干擾 功率的比值為0. 99:0. 01。由仿真結(jié)果可見，中繼干擾的方法導(dǎo)致竊聽節(jié)點(diǎn)的BER平臺在 0. 4到0. 5之間，目的節(jié)點(diǎn)的性能比本方法的目的節(jié)點(diǎn)性能差很多。
[0060] 因此綜上可知，本發(fā)明提出的基于分布式空間調(diào)制的物理層安全方法在保證源節(jié) 點(diǎn)成功解碼的同時(shí)竊聽節(jié)點(diǎn)無法正確解碼。
[0061] 以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定 本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】僅限于此，對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫 離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所 提交的權(quán)利要求書確定專利保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于分布式空間調(diào)制的物理層安全傳輸方法，其特征在于：包括以下步驟： 1) 對每個(gè)中繼進(jìn)行編號，然后中繼向源節(jié)點(diǎn)發(fā)送訓(xùn)練序列，以使得源節(jié)點(diǎn)根據(jù)中繼發(fā) 送的訓(xùn)練符號估計(jì)出自己與中繼之間的第一信道信息；同時(shí)，中繼接收目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送的訓(xùn) 練序列，并根據(jù)目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送的訓(xùn)練符號估計(jì)出自己到目的節(jié)點(diǎn)的第二信道信息； 2) 源節(jié)點(diǎn)將源信息比特除以第一信道信息，得到發(fā)送信號，然后再將包含第一信道信 息的發(fā)送信號發(fā)送給中繼； 3) 激活中繼對接收到的信號成功進(jìn)行解碼，將解碼后的信號除以第二信道信息，然后 再將包含第二信道信息的信號發(fā)送到目的節(jié)點(diǎn)； 4) 目的節(jié)點(diǎn)對接收到的信號進(jìn)行解碼，得到源信息比特。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分布式空間調(diào)制的物理層安全傳輸方法，其特征在于： 所述步驟2)具體包括： 在第k次傳輸?shù)碾A段1，源節(jié)點(diǎn)首先將待發(fā)送的比特隨機(jī)分成兩組，設(shè)每次傳輸bt 個(gè)比特的信息，bt=bs+lv其中bs是用來進(jìn)行調(diào)制的信息比特，設(shè)采用的星座為A，經(jīng)調(diào) 制后得到的調(diào)制符號為sk，\是空間調(diào)制比特，用來選擇激活中繼，對于K個(gè)中繼的系統(tǒng)， br=Ll〇g2Kj，其中〖.}表示向下取整； 第k次傳輸，設(shè)激活中繼序號為tk，發(fā)送調(diào)制符號為sk，對調(diào)制符號進(jìn)行如下處理得到 發(fā)射符號：xk=sk/hsA，其中hsA是源節(jié)點(diǎn)和激活中繼之間的信道系數(shù)，則任意中繼ti及竊 聽節(jié)點(diǎn)接收到的信息分別為：其中，匕是源節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，hsH是源到中繼q的信道系數(shù)，h%是源到竊聽節(jié)點(diǎn)的信 道系數(shù)，ndPnel分別是中繼h和竊聽節(jié)點(diǎn)處的高斯白噪聲，均值為0,方差為〇 2。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于分布式空間調(diào)制的物理層安全傳輸方法，其特征在于： 所述星座為A為PSK或QAM。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于分布式空間調(diào)制的物理層安全傳輸方法，其特征在于： 所述步驟3)具體為： 3. 1)激活中繼tk對接收信號$進(jìn)行解碼，解碼如下：3. 2)激活中繼tk將正確解碼的比特重新進(jìn)行調(diào)制，采用星座A，得到調(diào)制符號ck，然后 利用自己到目的節(jié)點(diǎn)的信道產(chǎn)生發(fā)送符號Xrit=ck/bdk，這樣目的節(jié)點(diǎn)和竊聽節(jié)點(diǎn)接收的符 號分別為：由上式可見，目的節(jié)點(diǎn)能對調(diào)制信息進(jìn)行解碼，解碼如下：
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于分布式空間調(diào)制的物理層安全傳輸方法，首先，中繼節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)分別廣播一定長度的已知符號序列，源節(jié)點(diǎn)和竊聽節(jié)點(diǎn)分別估計(jì)出自己與中繼之間的信道及自己到目的節(jié)點(diǎn)之間的信道；然后，源節(jié)點(diǎn)根據(jù)中繼個(gè)數(shù)，將信息比特分成兩組，第一組用來進(jìn)行星座調(diào)制，第二組用來空間調(diào)制。最后，源節(jié)點(diǎn)利用空間調(diào)制比特及源與中繼的信道信息對調(diào)制符號進(jìn)行處理得到發(fā)送符號，空間調(diào)制的中繼參與譯碼轉(zhuǎn)發(fā)。目的節(jié)點(diǎn)利用已有的信道信息對源信息進(jìn)行解碼。由于空間調(diào)制的作用，竊聽節(jié)點(diǎn)收到的等效信道狀態(tài)隨時(shí)間發(fā)生獨(dú)立變化，使得竊聽節(jié)點(diǎn)無法對階段1及階段2的信息進(jìn)行解碼，從而達(dá)到防止竊聽的目的。
【IPC分類】H04W12/00, H04W12/10
【公開號】CN104994496
【申請?zhí)枴緾N201510368273
【發(fā)明人】高貞貞
【申請人】西安交通大學(xué)
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年6月26日