[发明专利]基于极化预编码的无线通信物理层安全实现方法及装置

说明书

本发明提供了一种基于极化预编码的无线通信物理层安全实现方法及装置。该方法包括：接收通信接收方发送的通信请求信息，通信请求信息包括导频序列；根据导频序列获取合法通信信道，对合法通信信道的信道矩阵进行奇异值分解；将待发送的信源比特进行极化状态调制获得符号星座点；根据奇异值分解结果确定加权集合，从加权集合中选择一个加权因子，对符号星座点进行加权处理获得待发送的符号；将待发送的符号通过正交双极化天线向外发射。本发明实施例通过恶化窃听信道质量，扰乱窃听者接收的信号极化星座点，大大增大了破译信息的难度；通过快速变化预编码因子来等效信道的快速变化，有效防止窃听者获取信息。同时可有效防止重放攻击。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种基于极化预编码的无线通信物理层安全实现方法及装置。

背景技术

随着无线通信技术的快速发展和应用需求的不断增加，无线通信传输的安全问题越来越重要。由于无线通信链路的开放性和广播特性，承载着重要信息的信号完全暴露在电磁空间中，任何在传输范围内的人都可以截获分析，因此无线通信系统存在信息泄漏的巨大安全隐患。

目前大部分的安全防护措施只覆盖到通信协议栈的链路层及更高层，依靠认证和密码技术来解决无线通信的安全传输问题，如对称密钥加密算法和公钥加密算法的应用等。随着计算机处理能力的提升，这种建立在计算能力基础上的弱安全方案面临巨大挑战。而且对于这种高层无线通信协议，物理层信息很容易遭受窃听和恶意攻击。对于已知传输协议的窃听者，物理层传输的信号是透明的，可以轻易接收信号并恢复出截获信息。因此，物理层安全问题在无线通信中已经成为一个亟需解决的问题。

物理层安全技术可以直接阻止恶意攻击者基于开放的传输媒介获取传输信息。现有的物理层安全实现方法中从降低窃听信道质量的角度提出一种加入人工噪声实现物理层安全通信的方法，当发送端有多个天线时，可通过设计在主信道方向上发送信号，其他方向发送噪声，来增大主信道和窃听信道质量差异。现有技术中提出一种波束成形技术，即在多天线发送单天线接收模型中，利用主信道和窃听信道方向的差异，调节天线阵的各个天线单元的加权向量形成期望方向图，将主波束调至主信道方向，而在窃听信道方向产生零陷。

然而，波束成形技术要求发送端已知主信道和窃听信道的全部或部分状态信息，而在实际系统应用中发送端是很难得到窃听信道信息的，而且难免存在信道估计误差，需要考虑随机误差约束的问题。另一方面，人工噪声技术虽然不需要已知窃听信道信息，但需要考虑噪声和有用信号的功率分配和优化，且要求发送端天线数量多于窃听端天线数量，在实际模型中难以保证。

发明内容

本发明实施例提供一种基于极化预编码的无线通信物理层安全实现方法及装置，用于解决现有的窃听信道信息获取困难、需要对窃听端天线数量进行限定的问题。

本发明实施例提供了一种基于极化预编码的无线通信物理层安全实现方法，包括：

接收通信接收方发送的通信请求信息，所述通信请求信息包括导频序列；

根据所述导频序列获取合法通信信道，对所述合法通信信道的信道矩阵进行奇异值分解；

将待发送的信源比特进行极化状态调制获得符号星座点；

根据奇异值分解结果确定加权集合，从所述加权集合中选择一个加权因子，对所述符号星座点进行加权处理获得待发送的符号；

将所述待发送的符号通过正交双极化天线向外发射。

可选地，所述对所述合法通信信道的信道矩阵进行奇异值分解，包括：

根据如下公式对所述合法通信信道的信道矩阵进行奇异值分解：