[发明专利]增强双向AF中继协作无线通信系统物理层安全传输方法

说明书

本发明提供了一种增强双向AF中继协作无线通信系统物理层安全传输的方法，包括：获取系统中各节点的信道估计矩阵；确定双向AF中继协作无线通信系统信息传输方案；以保密容量作为性能指标，推导系统保密容量表达式；根据推导出的保密容量表达式，确定优化问题；转变优化函数，由非凸优化问题转化为二阶凸锥规划问题；利用CVX工具箱，解决凸优化问题，获得最佳波束赋形矩阵。本发明在通信系统中利用合法双方辅助发送阻塞干扰和中继处构造两个波束赋形矩阵转发信息，解决在部分信道信息条件下系统复杂度高和信息传输时延大的问题，并且达到增强系统安全性的目的。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及增强双向AF中继协作无线通信系统物理层安全传输的方法。

背景技术

协作无线通信系统中，每个节点至少拥有一个协作节点，协作节点间有责任帮助其他节点传递信息，这样，各单天线节点之间通过共享彼此的传输天线，构成虚拟的多输入多输出系统(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)，获得空间分集增益。合法的通信双方在中继的帮助下互换信息，可以大大增加通信范围；协作无线通信中继节点可以利用网络编码技术，合理利用时间自由度，节约时间成本，节约能源等。协作无线通信技术由于其对抗无线信道的衰落，扩大信号传输范围等优点，近几年受到学术界的广泛关注和研究。

在无线通信系统中，由于无线通信媒介具有开放的基本特性，在保证信息安全方面比有线通信系统更具挑战性。协作无线通信系统中，传输信息被合法通信双方以外的不受合法通信双方严格监管的第三方节点接收，并且对信息处理和转发，引入的额外威胁会造成协作无线通信系统的安全问题更加复杂。

传统基于密码系统的加密手段存在于分层模型的上层，其安全性主要依靠计算上的复杂度，随着拥有无限计算能力的量子计算机技术的发展及应用，传统加密体制的安全性能会遇到严峻的挑战，当拥有足够强的计算能力时，一旦窃听者接收到明文信息，将通过密码分析手段在短时间内获取密文，信息安全将无法得到保障。

无线物理层安全技术利用无线信道的广播性、信道衰落性和多普勒效应等不利因素，从信息论角度出发，解决无线通信安全问题，无线系统物理层安全设计的目标是提升系统保密容量，而保密容量提升的实质就是使合法用户信道的接收信干噪比尽可能优于窃听信道的接收信干噪比，使得窃听者对于所传保密信息的模糊度尽可能提高，所以，对于保密容量的提升可以从两方面考虑，一方面是改善合法用户的接收，二是通过积极的干扰阻塞方案恶化窃听者接收，增加其接收到信息的模糊性。

为了增大窃听者接收信号的模糊性，采用专门的干扰节点，或者在多中继或多天线系统选出几个中继或者天线作为干扰节点去发送阻塞信号，一方面降低多中继或者多天线带来的复用增益，另一方面选出中继或者天线发送的阻塞信号会对其他中继节点或者合法的接收方产生干扰，为了减少干扰需要知道中继之间的完整信道状态信息，这样就大大增加了系统的复杂度和信息处理的时延。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种增强双向AF中继协作无线通信系统物理层安全的方法，在系统中利用合法双方辅助发送阻塞干扰和中继处构造两个波束赋形矩阵转发信息，解决在部分信道信息条件下系统复杂度高和信息传输时延大的问题。

本发明的目的是这样实现的：一种增强双向AF中继协作无线通信系统物理层安全的方法，它包括以下步骤：

S1：获取系统中各节点的信道估计矩阵；

S2：确定双向AF中继协作无线通信系统信息传输方案；

S3：以保密容量作为性能指标，获得系统保密容量表达式；

S4：根据推导出的保密容量表达式，确定优化问题；

S5：转变优化思想，由非凸优化问题转化为二阶凸锥规划问题；

S6：利用CVX工具箱，解决凸优化问题，获得最佳波束赋形矩阵。