經(jīng)過合法信道和竊聽信道后分別被合法接收用戶和竊聽用戶接收，其中合法接收用戶接受到信號Y1’，ΥΓ表示為:
[0066]Y1，= H1*WX，+η I (4)
[0067]竊聽用戶接收到信號Υ2’，Υ2’表示為:
[0068]Υ2’ = H2*WX’ +n2(5)
[0069]S7:合法接收用戶和竊聽用戶分別在接收端對接收到的信號做判決和譯碼處理，恢復(fù)信號比特:
[0070]合法接收用戶在接收端用矩陣He = H1*W對接收到的Y1’做麗SE譯碼處理:
[0071]XI，= (He-1He+I* σ 2F1He^Yr (6)
[0072]然后對ΧΓ做判決和解調(diào)后，得到二進制比特流X’_bitsl，然后和原始比特流X’_bits對比計算誤碼率BER1’ ；
[0073]竊聽用戶在接收端用矩陣HE = H2*W對接收到的Y2’做麗SE譯碼處理:
[0074]X2，= (ΗΕ-1ΗΕ+Ι*σ S—iHEiY〗’ (7)
[0075]然后對X2’做判決和解調(diào)后，得到二進制比特流X’_bits2，然后和原始比特流X’_bits對比計算誤碼率BER2’ ；
[0076]S8:根據(jù)誤碼率BER2’，計算安全編碼參數(shù)，確認安全編碼秘密碼；
[0077]S9:將合法發(fā)送用戶即將發(fā)送的二進制比特X_bits先進行安全編碼，然后做調(diào)制后得到復(fù)值符號X，而W*x即為發(fā)射端對X做預(yù)編碼處理并發(fā)送出去的信號；
[0078]S10:合法發(fā)送用戶發(fā)送出預(yù)處理后的信號后，經(jīng)過合法信道和竊聽信道后分別被合法接收用戶和竊聽用戶接收，其中合法接收用戶接受到信號Yi，Yi表示為:
[0079]Yl = Hl*WX+n3(8)
[0080]竊聽用戶接收到信號Y2，Y2表示為:
[0081]Y2 = H2*WX+n4(9)
[0082]Sll:合法接收用戶和竊聽用戶分別在接收端對接收到的信號做判決和譯碼處理，恢復(fù)信號比特:
[0083]合法接收用戶在接收端用矩陣He = H1*W對接收到的Yl做麗SE譯碼處理:
[0084]Xl = (He-1He+I* σ 2F1He^Yl (10)
[0085]然后對Xl做判決和解調(diào)后，得到二進制比特流X_bitsl，對X_bitsl做安全譯碼，得到傳遞的信號；
[0086]竊聽用戶在接收端用矩陣HE = H2*W對接收到的Y2做麗SE譯碼處理:
[0087]X2 = (HE_1HE+I* σ 2)_1HE_1*Y2 (11)
[0088]然后對X2做判決和解調(diào)后，得到二進制比特流X_bits2，對X_bits2做安全譯碼，得到竊聽到的信號；
[0089]其中n、nl、n2、n3、n4為隨機高斯白噪聲，I為單位矩陣，σ為高斯噪聲白的方差；
[0090]由于竊聽用戶缺乏合法信道Hl的信息，故無法解除接收到的信號的預(yù)編碼處理，誤碼率高。
[0091]所述的步驟S3中的調(diào)制方式為16QAM、64QAM、QPSK、8PSK和BPSK中的任意一種；步驟S7和Sll中的解調(diào)方式與調(diào)制方式相對應(yīng)。
[0092]所述的步驟S7和步驟Sll中的判決方式為軟判決。
[0093]對X_bitsl做安全譯碼，然后和原始比特流X_bits對比計算誤碼率BER，對X_bits2做安全譯碼，然后和原始比特流X_bits對比計算誤碼率BER2。
[0094]在不同信噪比以及不同天線數(shù)目下，重復(fù)步驟S1-S11，計算不同信噪比以及不同天線數(shù)目下的誤碼率，繪成誤碼率曲線，如圖3所示。從圖中可知:對于合法接收用戶，信噪比越高，誤比特率越低。在不同天線數(shù)目下，誤碼率也不同，天線數(shù)目越多，誤碼率越低，合法接收用戶接收到信號的正確率越高。對于竊聽用戶，其誤碼率逼近0.5，對于二進制比特流而言已經(jīng)接近最大錯誤概率，故基本接收不到有效信息。
[0095]本發(fā)明中波束成形采用的MMO多天線技術(shù)，由于能夠使得相同信息的信號通過不同的路徑被發(fā)送出去，并在接收機端可以獲得數(shù)據(jù)符號多個獨立衰落的復(fù)制品，從而可以獲得分集增益，確保更高的接收可靠性，明顯降低誤碼率，其最大分集增益等于發(fā)射天線數(shù)Nt與接收天線數(shù)Nr的乘積，故當(dāng)Nt*Nr越大，誤碼率越低。
[0096]另一方面，由于波束成形的模型中的合法通信雙方的協(xié)商，合法發(fā)送方僅對合法接收用戶發(fā)來的導(dǎo)頻做信道估計，并且在發(fā)送信號前，用合法信道矩陣Hl的CSI對要發(fā)送的信息比特做預(yù)編碼處理。那么在接收端，雖然合法接收用戶和竊聽用戶用同樣構(gòu)造的接收機，采用同樣的麗SE譯碼算法，但由于竊聽用戶接收機缺乏信道Hl的信息，故無法解除接收到的信號的預(yù)編碼處理，所以其誤碼率會非常大，而安全編碼和安全譯碼的處理會進一步加大兩者的誤碼率差異，使得合法接收用戶的誤碼率更小，而竊聽用戶的誤碼率更加逼近最大錯誤概率0.5。
【主權(quán)項】
1.基于波束成形和安全編碼聯(lián)合的無條件安全通信模型建立方法，其特征在于:它包括如下步驟: 51:合法接收用戶發(fā)送導(dǎo)頻序列RS給合法發(fā)送用戶，RS分別經(jīng)過合法信道和竊聽信道到達合法發(fā)送用戶，合法信道矩陣為Hl，竊聽信道矩陣為H2 ; 52:合法發(fā)送用戶接收合法接收用戶發(fā)來的導(dǎo)頻序列Yre，導(dǎo)頻序列Yre由導(dǎo)頻序列RS經(jīng)過合法信道瑞利衰落后得到的，即: Yks= Hl*RS+n (I) 采用LS算法做上行信道估計: H_esti = Yes*RS_1 (2) 得到H_esti，對H_esti做轉(zhuǎn)置處理，得到Hlesti ；53:將合法發(fā)送用戶即將發(fā)送的二進制比特X’ _bits做調(diào)制后得到復(fù)值符號X’ ； 54:提取Hlesti中的CSI，對Hlesti進行SVD分解: Hlesti=UDVa (3) 取出V中對應(yīng)于最大奇異值的列向量，組成預(yù)編碼矩陣W ; 55:發(fā)射端對V做SVD預(yù)編碼處理得到W*X’，并發(fā)送出去； 56:經(jīng)過合法信道和竊聽信道后分別被合法接收用戶和竊聽用戶接收，其中合法接收用戶接受到信號Y1’，Y1’表示為: Y1’ =Hl*WX’+nl (4) 竊聽用戶接收到信號Y2’，Y2’表示為: Υ2’ =H2*WX’+n2 (5) 57:合法接收用戶和竊聽用戶分別在接收端對接收到的信號做判決和譯碼處理，恢復(fù)信號比特: 合法接收用戶在接收端用矩陣He=Hl*W對接收到的Y1’做麗SE譯碼處理: XI，= (He-1He+I* σ 2F1He^Yr (6) 然后對ΧΓ做判決和解調(diào)后，得到二進制比特流X’_bitsl，然后和原始比特流X’_bits對比計算誤碼率BER1’ ； 竊聽用戶在接收端用矩陣HE=H2*W對接收到的Y2’做麗SE譯碼處理: X2’ = (ΗΕ—?Ε+?Φσ(7) 然后對X2’做判決和解調(diào)后，得到二進制比特流X’_bits2，然后和原始比特流X’_bits對比計算誤碼率BER2’ ； 58:根據(jù)誤碼率BER2’，計算安全編碼參數(shù)，確認安全編碼秘密碼； 59:將合法發(fā)送用戶即將發(fā)送的二進制比特X_bits先進行安全編碼，然后做調(diào)制后得到復(fù)值符號X，而W*X即為發(fā)射端對X做預(yù)編碼處理并發(fā)送出去的信號； SlO:合法發(fā)送用戶發(fā)送出預(yù)處理后的信號后，經(jīng)過合法信道和竊聽信道后分別被合法接收用戶和竊聽用戶接收，其中合法接收用戶接受到信號Yl，Yl表示為: Yl = Hl*WX+n3 (8) 竊聽用戶接收到信號Y2，Y2表示為: Y2 = H2*WX+n4 (9) Sll:合法接收用戶和竊聽用戶分別在接收端對接收到的信號做判決和譯碼處理，恢復(fù)信號比特: 合法接收用戶在接收端用矩陣He=Hl*W對接收到的Yl做麗SE譯碼處理: Xl = (He-1He+I* σ 2F1He^Yl (10) 然后對Xl做判決和解調(diào)后，得到二進制比特流X_bitsl，對X_bitsl做安全譯碼，得到傳遞的信號； 竊聽用戶在接收端用矩陣HE=H2*W對接收到的Y2做麗SE譯碼處理:X2 = (ΗΕ—?Ε+Ι* σ 2) _1HE_1*Y2 (11) 然后對Χ2做判決和解調(diào)后，得到二進制比特流X_bits2，對X_bits2做安全譯碼，得到竊聽到的信號； 其中n、nl、n2、n3、n4為隨機高斯白噪聲，I為單位矩陣，σ為高斯噪聲白的方差； 由于竊聽用戶缺乏合法信道Hl的信息，故無法解除接收到的信號的預(yù)編碼處理，誤碼率高。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于波束成形和安全編碼聯(lián)合的無條件安全通信模型建立方法，其特征在于:所述的步驟S3中的調(diào)制方式為16QAM、64QAM、QPSK、8PSK和BPSK中的任意一種；步驟S7和Sll中的解調(diào)方式與調(diào)制方式相對應(yīng)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于波束成形和安全編碼聯(lián)合的無條件安全通信模型建立方法，其特征在于:所述的步驟S7和步驟Sll中的判決方式為軟判決。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于波束成形和安全編碼聯(lián)合的無條件安全通信模型建立方法，它包括：合法發(fā)送用戶發(fā)送預(yù)編碼和調(diào)制后的信號，竊聽用戶接收信號并計算竊聽誤碼率；計算安全編碼參數(shù)，合法接收用戶發(fā)送導(dǎo)頻序列，合法發(fā)送用戶估計合法信道，并提取合法信道的信息對安全編碼和調(diào)制后的信號進行SVD預(yù)編碼，并發(fā)送；合法接收用戶或竊聽用戶接收到信號后進行譯碼處理，并對譯碼后的信號進行判決和解調(diào)，對解調(diào)后的二進制比特流做安全譯碼，得到傳遞的信號或竊聽到的信號，由于竊聽用戶缺乏合法信道的信息，故無法解除接收到的信號的預(yù)編碼處理，誤碼率高。該方法能較好的做到竊聽信號模型中的優(yōu)勢信道的建立，保證合法用戶在較低誤碼率下接收信號。
【IPC分類】H04B7/04, H04B7/06, H04L25/02, H04L1/06
【公開號】CN104917558
【申請?zhí)枴緾N201510346922
【發(fā)明人】文紅, 向達, 唐杰, 宋歡歡
【申請人】電子科技大學(xué)
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年6月19日