[发明专利]一种基于NI USRP-RIO的空口加密安全传输方法

说明书

本发明公开了一种基于NI USRP‑RIO的空口加密安全传输方法，具体包括以下步骤：1)中继节点R、用户终端A和用户终端B进行时间同步；2)用户终端A和用户终端B首先交替向中继节点R发送信道估计帧，中继节点R收到来自用户终端A和用户终端B的信道估计帧之后首先估计出信道h_AR和信道h_BR，再对信道h_AR及h_BR的幅度和角度分别进行量化及编码，然后在编码结果之前插入导频并广播给用户终端A和用户终端B，用户终端A和用户终端B收到中继节点R发送的信号后分别估计出信道h_RA及信道h_RB，然后通过相干检测获得信道信息h_AR和h_BR；3)用户终端A及用户终端B在中继节点R的辅助下完成双向信息交互，该方法能够实现信息的安全传输。

技术领域

本发明属于无线通信物理层安全领域，涉及一种基于NI USRP-RIO的空口加密安全传输方法。

背景技术

双向中继通信由于可以克服半双工的限制，显著提升频谱效率，被认为是新一代无线网络的关键技术之一。截至目前，学术界和工业界围绕双向中继传输已经展开了大量的研究工作，他们大多关注于提高系统的传输效率和可靠性的方案设计。然而，近年来，随着社会、公众和学界对于无线网络安全问题的关注持续增加，越来越多的研究人员开始从物理层安全的角度审视双向中继网络，提出了一系列的理论分析与解决方案。目前，针对双向中继系统的物理层安全技术研究主要涉及人工噪声注入、中继选择策略、分布式波束成形等，这些方案大多假设窃听者是网络之外的独立个体，然而在一些应用场景中，中继本身也可能是潜在的窃听者，例如，在军事通信系统中，中继节点可能是由敌方通过伪装而部署的，或者本身由己方部署但被敌人入侵或植入病毒，这样的中继节点在协助通信的过程中会试图窃取重要的战略战术情报；再者，在政府或金融机构的办公网络中，不同节点具有差异化的信息访问权限，那些信息访问权限低的节点可能会造成信息泄露。为了解决这个问题，需提出一个结合终端节点进行信道反转和相位补偿来实现信号空口加密的方法，利用该方法，终端用户发送信号经历相同的等效信道到达中继节点，继而发生星座重叠，中继被迫通过随机猜测回复信号，从而产生误码平台，由此保障了信息的传输安全。为了验证基于星座重叠的空口加密方案在实际通信环境中的有效性，研究信道估计误差、时间同步误差、信道量化误差、多径传播等对星座重叠效果和安全性能的影响，评估该方案在工程实现中的复杂度和可行性，需要设计和研发试验验证系统。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于NI USRP-RIO的空口加密安全传输方法，该方法能够实现信息的安全传输。

为达到上述目的，本发明所述的基于NI USRP-RIO的空口加密安全传输方法，设双向中继通信系统包含终端用户A、终端用户B及中继节点R，终端用户A和终端用户B之间的信道质量较差，需要中继节点R协助完成双向信息交互，终端用户A、终端用户B及中继节点R均包括一台上位机及一台USRP-2943R设备，上位机与USRP-2943R设备之间采用高速PCI-e数据线连接，其中，USRP-2943R设备作为射频前端，负责通带模拟波形与离散基带数据之间的转化，上位机负责所有的基带数据处理，系统工作于时分双工模式，中继节点R采用放大转发协议，具体包括以下步骤：

1)上位机对每台USRP-2943R设备授时，使得每台USRP-2943R设备获得绝对时间，中继节点R持续发送N个时间同步帧，用户终端A和用户终端B利用收到的信号校准自身的通道触发时间，使得自身与中继节点R的触发时间同步，其中，所述时间同步帧包含中继节点R发送的帧序号，用户终端A和用户终端B利用该帧序号判断时间同步阶段是否结束；