[发明专利]用于卫星通信网络物理层安全通信的功率分配方法

说明书

用于卫星通信网络物理层安全通信的功率分配方法，涉及卫星通信网物理层信道通信安全领域。解决了由于星地通信网络中，合法信道与窃听信道相同或近似，导致无法根据合法信道与窃听信道间的差异性实现星地通信网络物理层安全通信及无法提高安全通信能力的问题。首先，获得合法接收端Bob收到的信号y_d和窃听接收端Eve收到的信号y_e；根据信号y_d和y_e，获得卫星Alice至合法接收端Bob的信道保密容量C_s(α)；对C_s(α)进行容量最大化处理，获得C_s(α)最大值时所对应的最优的功率分配因子α^*；根据最优的功率分配因子α^*，获得卫星Alice的发射功率P_s和协作干扰中继Relay的发射功率P_r，从而完成发射功率的分配。主要应用在星地通信网络中。

技术领域

本发明涉及卫星通信网物理层信道通信安全领域。

背景技术

由于陆地网络的局限性，其越来越不能满足日益增长的通信需求，卫星通信将被更加广泛地应用。然而卫星通信作为无线通信的典型应用，因其固有的广播性质和广泛的覆盖区域，面临严重的无线通信安全问题。尤其在军用卫星通信方面，安全通信保障要求更是至关重要，如何实现卫星通信的安全是一个必须要面对的问题。

相比传统用于通信安全的密钥加密方式，新型并趋于实用的物理层安全技术作为一种新的选择，填补了密钥加密方式的许多不足，有着诸多优点：

(1)物理层安全可以抵御量子攻击。一旦量子计算进入实用阶段，传统的加密方式在量子计算暴力分析下将受到极其严峻的挑战。

(2)无线传播信道的唯一性、保密性、互异性提供了物理层安全的研究空间。多载波技术、多天线技术及协同中继技术等的出现，增加了信号在频域和空域上的自由度。

(3)无线传输技术与物理层安全技术有着天然的共性和联系，物理层安全实现方式更为便利。它不需要考虑其他的安全协议如何执行，也不需要消耗大量的通信资源或基础设施。并且，它还可以在解调之前快速验证节点的合法性，减少了浪费的信号处理，避免了非预期的传输。因此，物理层安全应该得到足够重视，可以预见，未来的安全通信必将结合物理层安全与传统安全。所以，研究卫星通信中的物理层安全技术是实现卫星通信安全的一种重要手段。

然而，卫星通信对物理层安全关键技术的需求与地面移动通信完全不同。地面移动通信的物理层安全技术主要是利用合法信道与窃听信道之间的差异性实现。由于星地间距离较远，很多情况下，合法信道与窃听信道相同或近似，即合法端与窃听端距卫星的距离相差不大，导致合法信道与窃听信道相同或近似。因此，由于卫星通信中合法信道与窃听信道间没有差异性，所以，现有的地面无线通信物理层安全技术无法应用于卫星通信中。

发明内容

本发明是为了解决由于星地通信网络中，合法信道与窃听信道相同或近似，导致无法根据合法信道与窃听信道间的差异性实现星地通信网络物理层安全通信及无法提高安全通信能力的问题，本发明提供了一种用于卫星通信网络物理层安全通信的功率分配方法。

用于卫星通信网络物理层安全通信的功率分配方法，包括如下步骤：

步骤一：卫星Alice向地面上的合法接收端Bob发射数据信号，同时，协作干扰中继Relay向合法接收端Bob和窃听接收端Eve发射干扰信号，并根据卫星Alice发射的数据信号和协作干扰中继Relay发射的干扰信号获得合法接收端Bob收到的信号y_d和窃听接收端Eve收到的信号y_e；

步骤二：根据信号y_d和y_e，获得卫星Alice至合法接收端Bob的信道保密容量C_s(α)；其中，α表示功率分配因子；