[发明专利]一种基于分布式天线系统实现物理层安全的方法

说明书

本发明公开了一种基于分布式天线系统实现物理层安全的方法，步骤包括：合法用户通过公共信道发送上行参考信号；射频拉远单元接收信号，并获得下行信道系数；根据接收信号的信噪比和信号的调制方式，对合法用户信息进行信道编码；选择圆形区域内的射频拉远单元作为合法用户的发送单元；射频拉远单元根据获得的合法用户信道信息进行空域预编码，将信号能量汇聚，发送信息信号；在发送信息信号的同时，发送人工干扰信号；合法用户在收到信息信号后，首先进行信号解调，然后通过信道译码获得正确的传输信息。本发明在不知道窃听者位置以及窃听信道特性等情况下，能够对合法用户的传输信息进行有效保护，最大限度地提高传输的保密性与可靠性。

技术领域

本发明涉及移动通信中信息安全的技术领域，尤其涉及一种基于分布式天线系统实现物理层安全的方法。

背景技术

随着无线通信技术在民用军事等方面的广泛应用，人们对信息通信的安全和保障提出了更高的要求。而近年来伴随着5G概念的兴起，为了实现更广泛的信号覆盖面积以及更快的数据传输速率，大规模分布式天线系统已经开始崭露头角。由于更多射频拉远单元的引入，使得分布式天线系统的网络开放性更强，结构更加复杂，从某种意义上来说自由度也更大，这使得人们可在其中获得更好的服务功能。

在无线通信系统中，由于无线信道的开放性，信号极易被除去合法用户以外的窃听者获取。而传统的信息安全是建立在高层对信源采用的密钥加密以及身份认证方法，其安全有效性主要依赖于破解密码学方法的计算复杂度，这需要通信双方具有相同或相关联的密钥，并且其安全性受到现代计算机日益强大的处理能力的威胁。因此要进一步提高安全性能，除了经典的密码学方法外，还需要结合其他技术来保障信息安全。建立在香农信息论基础上的物理层安全从降低窃听者信道质量的角度出发，可利用包括波束成形技术，在合法用户方向的波束中发送信息，而在其他波束中发送干扰信号，在保证合法用户的接收性能前提下达到降低窃听用户信道质量的效果，从而实现信息的安全传输。此前已有的物理层安全方法大多针对集中式多天线系统的工作环境，本文基于分布式天线系统，结合波束成形技术，提出一种保护合法用户信息安全的方法。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种基于分布式天线系统实现物理层安全的方法，在包括不知道窃听者位置以及窃听信道特性等情况下，也能够对合法用户的传输信息进行有效保护，最大限度地提高传输的保密性与可靠性。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于分布式天线系统实现物理层安全的方法，所述分布式天线系统包括若干基带处理单元和若干射频拉远单元，所述射频拉远单元通过有线方式汇集到一个基带处理单元，所述射频拉远单元完成射频信号的发送与接收，所述基带处理单元负责基带信号的处理并对射频拉远单元实施调度；所述一种基于分布式天线系统实现物理层安全的方法包括如下步骤：

S1、合法用户通过公共信道发送上行参考信号；

S2、射频拉远单元接收到合法用户发送的上行参考信号，并根据上行参考信号和信道互易性获得下行信道系数；

S3、基带处理单元根据射频拉远单元接收的合法用户信号的信噪比和信号传输过程中的调制方式，对合法用户信息进行信道编码；

S4、根据信道特性选择部分区域内的射频拉远单元作为服务该合法用户的发送单元；

S5、区域内被选择的射频拉远单元根据获得的合法用户信道信息进行空域预编码，将信号能量汇聚到合法用户，在合法用户所在的方向上发送信息信号；

S6、在发送信息信号的同时，区域内被选择的射频拉远单元剩余的天线自由度以相对于合法用户信道正交的方向上发送人工干扰信号；其他未被选中的射频拉远单元则根据实际需要，向合法用户所在位置外其他可接收到合法用户信号的区域发送人工干扰信号；

S7、合法用户在收到信息信号后，首先进行信号解调，然后通过信道译码获得正确的传输信息。