一種物理層安全的無線攜能通信方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種物理層安全的無線攜能通信方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 以往信息安全主要從計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和數(shù)據(jù)加密著手，如今無線通信的物理層安 全越發(fā)引起重視和關(guān)注。無線通信媒質(zhì)是開放的，任何非法用戶都可能竊聽到合法用戶的 信息，進(jìn)而擾亂合法用戶的正常通信，在無線攜能通信系統(tǒng)中，能量接收機(jī)和其它非法用戶 都可能竊聽信息信號(hào)。
[0003] 為了防止信息信號(hào)被竊聽，人們提出了很多種物理層安全通信模型和方法，通常 的做法是干擾方發(fā)送人工噪聲信號(hào)去干擾非法竊聽者獲取合法用戶的信息。在無線攜能通 信系統(tǒng)中，人們分析了能量接收機(jī)竊聽信息信號(hào)時(shí)的安全容量，并且提出了多種物理層安 全的無線信息和能量同時(shí)傳輸方案。實(shí)際上在無線攜能通信系統(tǒng)中能量信號(hào)和信息信號(hào)存 在差異，如果在能量信號(hào)和信息信號(hào)發(fā)送的不同階段都讓干擾方發(fā)送人工噪聲信號(hào)，就沒 有很好利用能量信號(hào)和信息信號(hào)的差異性，不能對(duì)竊聽者形成更有效的干擾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)物理層安全的無線攜能通信系統(tǒng)中，目前沒有考慮能量信號(hào)和信息信號(hào)的差 異性，本發(fā)明提供一種物理層安全的無線攜能通信方法，能夠在有效干擾竊聽者的同時(shí)保 障能量受限用戶到接入點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳送可靠性。
[0005] 本發(fā)明技術(shù)方案如下：
[0006] 物理層安全的無線攜能通信系統(tǒng)中有一個(gè)合法接入點(diǎn)和合法用戶，還有一個(gè)非法 竊聽者和干擾竊聽者的干擾方。用戶沒有外部能量源，要向接入點(diǎn)傳送數(shù)據(jù)，接入點(diǎn)和用戶 之間的信號(hào)傳輸采用先能量獲取再信息傳輸協(xié)議，竊聽者知道這個(gè)協(xié)議，但是不知道能量 信號(hào)和信息信號(hào)哪個(gè)先發(fā)送，干擾方則知道能量信號(hào)和信息信號(hào)的發(fā)送順序。如圖la所示， 接入點(diǎn)先向用戶發(fā)送一個(gè)能量信號(hào)e(t)，它被竊聽者接收到，為了讓竊聽者造成錯(cuò)覺誤以 為是信息信號(hào)，干擾方發(fā)送一個(gè)偽周期信號(hào)r(t)，它同時(shí)被用戶和竊聽者接收到，用戶從接 收信號(hào)獲取能量。竊聽者不知道接入點(diǎn)發(fā)送的是能量信號(hào)，將接收信號(hào)當(dāng)作信息信號(hào)進(jìn)行 解碼。如圖lb所示，用戶向接入點(diǎn)發(fā)送一個(gè)信息信號(hào)s(t)，它被竊聽者接收到，同樣，為了讓 竊聽者造成錯(cuò)覺誤以為是能量信號(hào)，干擾方發(fā)送一個(gè)和信息信號(hào)反相的信號(hào)它同時(shí) 被接入點(diǎn)和竊聽者接收到，接入點(diǎn)根據(jù)信息信號(hào)的先驗(yàn)信息從接收信號(hào)中提取出信息信 號(hào)。竊聽者在前面已經(jīng)進(jìn)行信息解碼，又將接收信號(hào)誤認(rèn)為是能量信號(hào)，從而錯(cuò)過竊聽信息 信號(hào)的機(jī)會(huì)。
【附圖說明】
[0007] 圖la、lb為物理層安全的無線攜能通信系統(tǒng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0008] 下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0009] 如圖la所示，接入點(diǎn)向用戶發(fā)送一個(gè)能量信號(hào)e(t)，同時(shí)干擾方發(fā)送一個(gè)偽周期 信號(hào)r(t)。用戶和竊聽者的接收信號(hào)分別表示為：
[0012] 其中：ρτ和Pj分別是接入點(diǎn)和干擾方的發(fā)射功率，hTR是接入點(diǎn)到用戶的信道系數(shù)， hjR是干擾方到用戶的信道系數(shù)，hTE是接入點(diǎn)到竊聽者的信道系數(shù)，hjE是干擾方到竊聽者的 信道系數(shù)，v(t)和w(t)是均值為零、方差為σ 2的加性高斯白噪聲。用戶從接收信號(hào)x(t)獲取 能量，竊聽者將接收信號(hào)y(t)當(dāng)作信息信號(hào)進(jìn)行解碼。
[0013] 如圖lb所示，用戶向接入點(diǎn)發(fā)送一個(gè)信息信號(hào)s(t)，同時(shí)干擾方發(fā)送一個(gè)和信息 信號(hào)反相的信號(hào):s'm妾入點(diǎn)和竊聽者的接收信號(hào)分別表示為：
[0016] 其中：設(shè)發(fā)射功率和信道系數(shù)保持不變，u(t)和co(t)是均值為零、方差為σ2的加 性高斯白噪聲，接入點(diǎn)根據(jù)信息信號(hào)s(t)的先驗(yàn)信息從接收信號(hào)z(t)中提取出信息信號(hào) S (t)，竊聽者將接收信號(hào)q(t)誤認(rèn)為是能量信號(hào)。
[0017] 本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明將物理層安全通信和無線攜能通信結(jié)合，巧妙利用能 量信號(hào)和信息信號(hào)的差別讓干擾方發(fā)射對(duì)應(yīng)的干擾信號(hào)，從而有效干擾竊聽者又保障能量 受限用戶到接入點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳送順利進(jìn)行，適用于不經(jīng)過數(shù)據(jù)加密的無線攜能通信系統(tǒng)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種物理層安全的無線攜能通信方法，所述方法包括： 通信系統(tǒng)中至少分別含有一個(gè)合法接入點(diǎn)、一個(gè)合法用戶、一個(gè)竊聽者和一個(gè)干擾竊 聽者的干擾方； 合法接入點(diǎn)先向合法用戶發(fā)送一個(gè)能量信號(hào)，合法用戶從接收信號(hào)中獲取能量，同時(shí) 干擾方發(fā)送一個(gè)偽周期信號(hào)； 合法用戶向合法接入點(diǎn)發(fā)送一個(gè)信息信號(hào)，同時(shí)干擾方發(fā)送一個(gè)與信息信號(hào)反相的信 號(hào)，合法接入點(diǎn)根據(jù)信息信號(hào)的先驗(yàn)信息從接收到的信號(hào)中提取出信息信號(hào)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括： 合法用戶的接收信號(hào)表示為：合法接入點(diǎn)向合法用戶發(fā)送能量信號(hào)和干擾方發(fā)送偽周期信號(hào)的過程中，竊聽者的接 收信號(hào)表不為^式中：e(t)為合法接入點(diǎn)向合法用戶發(fā)送的能量信號(hào);r(t)為干擾方發(fā)送的偽周期信 號(hào);Pt和Pj分別是合法接入點(diǎn)和干擾方的發(fā)射功率;hTR是合法接入點(diǎn)到合法用戶的信道系 數(shù);hj R是干擾方到合法用戶的信道系數(shù);hTE是合法接入點(diǎn)到竊聽者的信道系數(shù);hjE是干擾 方到竊聽者的信道系數(shù);v(t)和w(t)都是均值為零、方差為σ 2的加性高斯白噪聲。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，所述方法還包括： 合法接入點(diǎn)的接收信號(hào)表示為合法用戶向合法接入點(diǎn)發(fā)送信息信號(hào)和干擾方發(fā)送與信息信號(hào)反相的信號(hào)過程中，竊 聽者的接收信號(hào)表示為式中：s(t)為合法用戶向合法接入點(diǎn)發(fā)送的信息信號(hào)，為干擾方發(fā)送的和信息信號(hào) 反相的信號(hào);u(t)和co(t)都是均值為零、方差為〇2的加性高斯白噪聲。4. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的方法，所述方法還包括:合法接入點(diǎn)與合法用戶之間的 信號(hào)傳輸采用先能量獲取再信息傳輸協(xié)議。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種物理層安全的無線攜能通信方法，所述方法包括：通信系統(tǒng)中至少含有一個(gè)合法接入點(diǎn)、一個(gè)合法用戶、一個(gè)竊聽者和一個(gè)干擾竊聽者的干擾方；合法接入點(diǎn)先向合法用戶發(fā)送一個(gè)能量信號(hào)，合法用戶從接收信號(hào)中獲取能量，同時(shí)干擾方發(fā)送一個(gè)偽周期信號(hào)；合法用戶向合法接入點(diǎn)發(fā)送一個(gè)信息信號(hào)，同時(shí)干擾方發(fā)送一個(gè)與信息信號(hào)反相的信號(hào)，合法接入點(diǎn)根據(jù)信息信號(hào)的先驗(yàn)信息從接收到的信號(hào)中提取出信息信號(hào)。本發(fā)明將物理層安全通信和無線攜能通信結(jié)合，巧妙利用能量信號(hào)和信息信號(hào)的差別讓干擾方發(fā)射對(duì)應(yīng)的干擾信號(hào)，從而有效干擾竊聽者又保障能量受限用戶到接入點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳送順利進(jìn)行，適用于不經(jīng)過數(shù)據(jù)加密的無線攜能通信系統(tǒng)。
【IPC分類】H04K1/02, H04B5/00
【公開號(hào)】CN105450327
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510883707
【發(fā)明人】陳宏濱, 趙峰, 李春海, 陳泓淵, 常怡亮, 苗彥濤
【申請(qǐng)人】桂林電子科技大學(xué)
【公開日】2016年3月30日
【申請(qǐng)日】2015年12月7日