[发明专利]不可信中继网络基于符号分离和波束形成的安全传输方法

说明书

本发明提供了一种不可信中继网络基于符号分离和波束形成的安全传输方法，选择信道增益最强的两个中继分别来发送有用符号分离的实部和虚部，然后设计定向波束形成，使两个所选中继最大化地接收有用信号的实部和虚部，以保证不可信中继节点R不能窃听有用信息，同时目的节点可以解码出有用信息，以此来提高网络的安全传输性能。本发明在最小化不可信中继的译码能力的同时，改善网络传输的可靠性，对提升系统安全传输性能有着重要的意义。

技术领域

本发明涉及一种不可信中继网络的安全传输方法。

背景技术

近年来，由于无线通信的开放性，使无线信号很容易被窃听、篡改和干扰，从而给用户的安全通信带来极大的威胁，无线网络的安全性问题受到了越来越多的关注。与传统加密机制不同，物理层安全(Physical-Layer Security)具有较低的计算复杂度和节省时间与频谱资源的优点。由于改善无线通信的安全性问题变得越来越迫切，物理层安全在理论研究与实际应用中都得到了广泛的重视。

随着通信资源的短缺和中继选择技术的发展，将中继选择技术引入物理层安全模型引起了越来越多的关注。实际应用系统中，如何从众多潜在的中继中选择一个最佳的中继，从而有效地利用系统资源，提高系统误码率(Bit Error Rate，BER)性能和优化网络性能，成为一个值得关注的问题。若中继节点本身是不可信的，如何设计有效的安全传输方案变得更为复杂。因此，针对多天线、多不可信中继应用场景，开展基于符号分离和波束形成的安全传输方案设计，对提升系统安全性和改善系统误码率有着重要的意义。

文献1“Spectral efficient protocols for half-duplex fading relaychannels[IEEE Journal on Selected Areas in Communications,vol.25,no.2,pp.379–389,2007].”针对可信中继网络，得到协作中继可提高系统可达速率的结论，并提出了双向中继传输方案，可以在两个时隙内完成两个源节点之间的信息交换，有效提升了频谱效率。

文献2“On the jamming power allocation for secure amplify-and-forwardrelaying via cooperative jamming[IEEE Journal on Selected Areas inCommunications,vol.31,no.9,pp.1741–1750,2013].”研究了含窃听节点的两跳无线中继网络中的安全通信。为了防止窃听者截获有用信息，目的节点发送一个干扰噪声，有助于保护源消息不被窃听，同时保证被目的节点可靠的译码。

文献3“Cooperation with an untrusted relay:A secrecy perspective[IEEETransactions on Information Theory,vol.56,no.8,pp.3807–3827,2009].”针对单天线单向不可信中继网络，证明了采用目标协作干扰(Destination Jamming,DJ)方案将不可信中继节点用于通信中比单纯将其看作窃听节点，可达到的安全速率更高。

文献4“Secure beamforming for MIMO two-way communications with anuntrusted Relay[IEEE Transactions on Signal Processing,vol.62,no.9,pp.2185–2199,2014].”主要研究了多天线、单中继系统中的波束形成设计，源节点和目的节点在不可信中继节点的帮助下交换消息。中继节点既作为信号转发器又作为潜在的窃听者，利用波束形成技术可以显著提高系统的安全速率。