雙向中繼系統(tǒng)中星座旋轉(zhuǎn)輔助的無(wú)線物理層安全傳輸方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種雙向中繼系統(tǒng)中星座旋轉(zhuǎn)輔助的無(wú)線物 理層安全傳輸方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 過去幾年，雙向協(xié)作網(wǎng)絡(luò)由于頻譜效率高的優(yōu)勢(shì)受到了廣泛的關(guān)注。然而現(xiàn)有的 工作大多只關(guān)注增強(qiáng)通信可靠性的技術(shù)，比如網(wǎng)絡(luò)編碼、中繼路由和波束成型設(shè)計(jì)等，很少 從物理層的角度涉及雙向中繼系統(tǒng)中的安全問題。
[0003]目前，對(duì)雙向中繼系統(tǒng)中不可信中繼問題的研究主要涉及高斯竊聽信道中的可實(shí) 現(xiàn)私密速率、協(xié)作中繼和干擾機(jī)的選擇策略以及波束成型和人工噪聲的聯(lián)合設(shè)計(jì)等，這些 方案大多假設(shè)竊聽者是網(wǎng)絡(luò)之外的獨(dú)立個(gè)體，然而在一些應(yīng)用場(chǎng)景中，中繼本身可能是不 可信的，它既是通信過程的協(xié)助者，同時(shí)還是潛在的竊聽者。例如，在一些應(yīng)用場(chǎng)景中，中繼 與終端用戶具有不同的信息訪問權(quán)限，信道中的信息需要對(duì)其保持私密。針對(duì)上述問題，研 究一種對(duì)抗不可信中繼竊聽行為的安全傳輸方法具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種雙向中繼系統(tǒng)中星座旋 轉(zhuǎn)輔助的無(wú)線物理層安全傳輸方法，該方法能夠有效的對(duì)抗不可信中繼的竊聽行為。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述的雙向中繼系統(tǒng)中星座旋轉(zhuǎn)輔助的無(wú)線物理層安全 傳輸方法包括以下步驟：
[0006] 1)估計(jì)信道信息，用戶節(jié)點(diǎn)A和用戶節(jié)點(diǎn)B從旋轉(zhuǎn)后的星座中選取出攜帶信息的 符號(hào)，再通過注入人工噪聲構(gòu)造復(fù)合信號(hào)，然后根據(jù)估計(jì)出來(lái)的信道信息對(duì)復(fù)合信號(hào)進(jìn)行 相位預(yù)補(bǔ)償，得用戶節(jié)點(diǎn)A待發(fā)送的復(fù)合信號(hào)Sa及用戶節(jié)點(diǎn)B待發(fā)送的復(fù)合信號(hào)SB，用戶 節(jié)點(diǎn)A及用戶節(jié)點(diǎn)B同時(shí)以發(fā)射功率P分別將待發(fā)送的復(fù)合信號(hào)Sa及待發(fā)送的復(fù)合信號(hào) Sb轉(zhuǎn)發(fā)至中繼；
[0007] 2)中繼接收用戶節(jié)點(diǎn)A及用戶節(jié)點(diǎn)B發(fā)送過來(lái)的信號(hào)，得混合信號(hào)yR，其中，
[0009] 其中，hAR和hBR分別為對(duì)用戶節(jié)點(diǎn)A及用戶節(jié)點(diǎn)B對(duì)應(yīng)的復(fù)合信號(hào)進(jìn)行的預(yù)補(bǔ)償 相位，^和wj別為用戶節(jié)點(diǎn)A對(duì)應(yīng)的攜帶信息的符號(hào)以及對(duì)其引入的人工噪聲，X8和wB 分別為用戶節(jié)點(diǎn)B對(duì)應(yīng)的攜帶信息的符號(hào)及對(duì)其引入的人工噪聲，nR為中繼節(jié)點(diǎn)的加性噪 聲；
[0010] 3)中繼得到的混合信號(hào)進(jìn)行放大后廣播給用戶節(jié)點(diǎn)A及用戶節(jié)點(diǎn)B;
[0011] 4)用戶節(jié)點(diǎn)A及用戶節(jié)點(diǎn)B進(jìn)行信號(hào)的檢測(cè)。
[0012] 用戶節(jié)點(diǎn)A發(fā)送的待發(fā)送的復(fù)合信號(hào)Sa的表達(dá)式為：
[0013]
[0014] 其中，為用戶節(jié)點(diǎn)A從旋轉(zhuǎn)后的星座中選取出的攜帶信息的符號(hào)的實(shí)部。
[0015] 用戶節(jié)點(diǎn)B發(fā)送的待發(fā)送的復(fù)合信號(hào)Sb的表達(dá)式為：
[0016]
[0017] 其中，為用戶節(jié)點(diǎn)B從旋轉(zhuǎn)后的星座中選取出的攜帶信息的符號(hào)的實(shí)部。
[0018] 步驟3)的具體操作為：
[0019] 中繼得到的混合信號(hào)進(jìn)行放大，得廣播信號(hào)Sr，然后將所述廣播信號(hào)&廣播給用 戶節(jié)點(diǎn)A及用戶節(jié)點(diǎn)B，其中，
[0021] 其中，a為能量歸一化系數(shù)。
[0022] 步驟4)中用戶節(jié)點(diǎn)A及用戶節(jié)點(diǎn)B基于最大似然準(zhǔn)則進(jìn)行信號(hào)的檢測(cè)。
[0023] 用戶節(jié)點(diǎn)A和用戶節(jié)點(diǎn)B首先對(duì)采用的信號(hào)星座進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，設(shè)X。屬于原始星座集 尤內(nèi)的符號(hào)，則X。旋轉(zhuǎn)之后的符號(hào)X=e]ex。，旋轉(zhuǎn)角度0滿足：
[0026] 本發(fā)明具有以下有益效果：
[0027] 本發(fā)明所述的雙向中繼系統(tǒng)中星座旋轉(zhuǎn)輔助的無(wú)線物理層安全傳輸方法在信息 傳輸?shù)倪^程中，用戶節(jié)點(diǎn)A和用戶節(jié)點(diǎn)B通過星座旋轉(zhuǎn)將一個(gè)二維的復(fù)信號(hào)用一個(gè)維度表 示，不同用戶在互相正交的維度上發(fā)送信息，而利用剩下的一個(gè)維度發(fā)送人工噪聲，結(jié)果使 得中繼接收信號(hào)的信干噪比嚴(yán)重惡化，進(jìn)而人為制造了誤碼平臺(tái)，增加了竊聽難度，確保了 信息的安全傳輸，有效的對(duì)抗不可信中繼的竊聽行為，提高信息傳輸?shù)陌踩?。本發(fā)明與已 有的基于密鑰反饋的安全傳輸方案相比，無(wú)需在收發(fā)雙方之間進(jìn)行必要的密鑰協(xié)商或者預(yù) 共享操作，系統(tǒng)的資源消耗較低，安全性較高。
【附圖說明】
[0028] 圖1為本發(fā)明中雙向中繼系統(tǒng)的原理圖；
[0029] 圖2為本發(fā)明中用戶節(jié)點(diǎn)A的誤符號(hào)率仿真圖；
[0030] 圖3為本發(fā)明中中繼節(jié)點(diǎn)竊聽用戶A信息的誤符號(hào)率仿真圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述：
[0032] 參考圖1，本發(fā)明所述的雙向中繼系統(tǒng)中星座旋轉(zhuǎn)輔助的無(wú)線物理層安全傳輸方 法包括以下步驟：
[0033] 1)估計(jì)信道信息，用戶節(jié)點(diǎn)A和用戶節(jié)點(diǎn)B從旋轉(zhuǎn)后的星座中選取出攜帶信息的 符號(hào)，再通過注入人工噪聲構(gòu)造復(fù)合信號(hào)，然后根據(jù)估計(jì)出來(lái)的信道信息對(duì)復(fù)合信號(hào)進(jìn)行 相位預(yù)補(bǔ)償，得用戶節(jié)點(diǎn)A待發(fā)送的復(fù)合信號(hào)Sa及用戶節(jié)點(diǎn)B待發(fā)送的復(fù)合信號(hào)SB，用戶 節(jié)點(diǎn)A及用戶節(jié)點(diǎn)B同時(shí)以發(fā)射功率P分別將待發(fā)送的復(fù)合信號(hào)Sa及待發(fā)送的復(fù)合信號(hào) Sb轉(zhuǎn)發(fā)至中繼；
[0034] 2)中繼接收用戶節(jié)點(diǎn)A及用戶節(jié)點(diǎn)B發(fā)送過來(lái)的信號(hào)，得混合信號(hào)yR，其中，
[0036] 其中，hAB和hBR分別為對(duì)用戶節(jié)點(diǎn)A及用戶節(jié)點(diǎn)B對(duì)應(yīng)的復(fù)合信號(hào)進(jìn)行的預(yù)補(bǔ)償 相位，^和wj別為用戶節(jié)點(diǎn)A對(duì)應(yīng)的攜帶信息的符號(hào)以及對(duì)其引入的人工噪聲，X8和wB 分別為用戶節(jié)點(diǎn)B對(duì)應(yīng)的攜帶信息的符號(hào)及對(duì)其引入的人工噪聲，nR為中繼節(jié)點(diǎn)的加性噪 聲；
[0037] 3)中繼得到的混合信號(hào)進(jìn)行放大后廣播給用戶節(jié)點(diǎn)A及用戶節(jié)點(diǎn)B;
[0038] 4)用戶節(jié)點(diǎn)A及用戶節(jié)點(diǎn)B進(jìn)行信號(hào)的檢測(cè)。
[0039] 用戶節(jié)點(diǎn)A發(fā)送的待發(fā)送的復(fù)合信號(hào)Sa的表達(dá)式為：
[0040]
[0041] 其中，為用戶節(jié)點(diǎn)A從旋轉(zhuǎn)后的星座中選取出的攜帶信息的符號(hào)的實(shí)部。
[0042] 用戶節(jié)點(diǎn)B發(fā)送的待發(fā)送的復(fù)合信號(hào)Sb的表達(dá)式為：
[0043]
[0044] 其中，為用戶節(jié)點(diǎn)B從旋轉(zhuǎn)后的星座中選取出的攜帶信息的符號(hào)的實(shí)部。
[0045] 步驟3)的具體操作為：
[0046] 中繼得到的混合信號(hào)進(jìn)行放大，得廣播信號(hào)Sr，然后將所述廣播信號(hào)&廣播給用 戶節(jié)點(diǎn)A及用戶節(jié)點(diǎn)B，其中，
[0048] 其中，a為能量歸一化系數(shù)。
[0049] 步驟4)中用戶節(jié)點(diǎn)A及用戶節(jié)點(diǎn)B基于最大似然準(zhǔn)則進(jìn)行信號(hào)的檢測(cè)。
[0050] 用戶節(jié)點(diǎn)A和用戶節(jié)點(diǎn)B首先對(duì)采用的信號(hào)星座進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，設(shè)X。屬于原始星座集 及'內(nèi)的符號(hào)，則&旋轉(zhuǎn)之后的符號(hào)X=e]ex。，旋轉(zhuǎn)角度0滿足：
[0053] 需要說明的是