[发明专利]一种基于时间反演技术的安全传输方案

权利要求书

1.一种基于时间反演技术的安全传输方案，其特征在于，针对多用户下行链路的信息泄露问题，本发明综合考虑天线间相关性和信道状态，以最大化安全容量为多用户通信准则，将系统建模为下行MISO窃听信道模型；提出一种基于时间反演技术采用波束赋形技术优化的安全传输方案，降低信息被窃听用户窃听的风险；方案的设计思路为：首先，在一个下行多用户MISO窃听信道模型中，基站采用波束赋形技术向K个期望用户发射信号，根据安全容量选择一个最佳用户k进行通信，窃听用户会通过窃听信道窃取信息；其次，基站的每根天线的信号在发射之前都要经过一个时间反演腔；本发明所提方案研究信干噪比(SINR)、安全容量等性能，并具体分析天线间相关性和采用波束赋形技术对通信安全的影响，基于时间反演的安全传输方案包括以下步骤：

步骤101：构建基于时间反演的下行多用户MISO窃听信道模型；

步骤102：等效安全传输技术为基于MISO-TR的波束赋形技术；

步骤103：系统性能分析，具体从两个方面来分析：安全容量和误比特率。

2.根据权利要求1所述的安全传输方案，其特征在于，所述步骤1构建基于时间反演的下行多用户MISO窃听信道模型包括：根据时间反演下行链路传输模型，采用MISO工作方式，所提方案的下行多用户MISO窃听信道模型包括一个基站，K个期望用户和一个窃听用户，基站配备M根天线，期望用户和窃听用户都配备单根天线合法信道和窃听信道相互独立，且服从瑞利衰落，假设系统中所有信道衰落系数都服从CN(0，0.5)分布；

在多用户MISO窃听信道模型中，窃听用户只进行被动窃听，窃听用户的信道状态信息未知；基站和用户之间的信道冲激响应(CIR)在时间反演探测阶段获得，由于多径信道具有复杂性，因此假设CIR已知，CIR可以表示为：

式中：1≤m≤M；u表示K个期望用户和一个窃听用户；L为可分辨的多径的数目；h_mu，l表示第l条多径的幅度；τ_mu，l表示第l条多径的时延；信道冲激响应在时域上离散化为矩阵h_mu∈C^L×1，即：

h_mu＝[h_mu[0]，h_mu[1]，...，h_mu[L-1]]^T

对每条链路，h_mu[l]是循环对称复高斯(CSCG)随机变量，满足：

E[h_mu[l]]＝0

式中：T_s为系统采样周期，σ_T为信道均方根延迟扩展；

假设基站发送一个机密独立的单位能量符号s_k给期望用户k，则所有K个期望用户的发送符号为：

s＝[s₁，s₂，...，s_K]^T

时间反演腔可以表示为：

h_k-TR(t)＝[h_mk[L-1]，h_mk[L-2]，...，h_mk[0]]^T/||h_mk||

h_mk(t)∈C^L×1为基站和期望用户k之间的信道向量；从上式中可以看出，时间反演腔的冲击响应是对应信道冲击响应的时间反演(所谓时间反演就是在时域上对所接收到的信号进行逆序操作，在频域上等同于相位共轭)并归一化，归一化的目的是为了确保发射的能量保持不变；

因此，基站发射到期望用户k的每个发射符号都要经历一个等效信道：

g_mk＝h_k-TR*h_mk

式中：*表示卷积；g_mk的信道长度是h_mk的2倍减1，即2L-1，它是关于中心位置的共轭对称序列，即：

不妨令：

中心值g_mk，0为实数；

在下行多用户MISO窃听信道模型中，接收方都是单天线用户，这是因为时间反演腔一次只能对一个特定的信道进行处理，也就是说一个时间反演腔不能同时对两个或两个以上的不同信道进行处理。