[发明专利]针对非理想WCSI隐蔽通信的稳健波束成形设计方法

说明书

本发明提供了针对非理想WCSI(Willie的信道状态信息)隐蔽通信的稳健波束成形设计方法，考虑一个通用的单播波束成形网络，本发明研究了Alice的波束成形器设计，可以最大程度地提高Bob的隐蔽速率。对于不是理想状态下的WCSI，基于松弛和约束的方法形成了稳健的波束成形器。推导了Willie的最佳决策阈值，并分析这种情况下的误报和漏检概率。

技术领域

本发明涉及针对非理想WCSI(Willie的信道状态信息)隐蔽通信的稳健波束成形设计方法。

背景技术

由于无线通信及其广播的特性，很容易受到恶意安全攻击。通过利用加密和密钥交换技术，传统的安全方法主要集中在防止传输的无线信号形式被无意识的用户解码[1]，但不隐藏他们。对于许多无线场景，例如执法和军事通信，为了执行秘密任务，不应检测到传输的信号。因此，秘密通信的典范，也称为低检测概率(LPD)通信，旨在隐藏传输状态，并保护用户的隐私或保密。

在典型的秘密通信场景中，发送者(Alice)希望将信息发送给秘密接收者(Bob)，但不会被窃听者(Willie)检测到。在这里，Willie可能是也可能不是合法接收者，但是其目的是根据观察的结果来检测是否发生从Alice到Bob的传播。从数学上来说，Willie的最终目的是通过使用特定的决策规则来区分两个假设还是其中表示零假设，即Alice没有向Bob发送私有数据流，而表示另一种假设，即Alice向Bob[2]发送私有数据流。一般而言，假设的先验概率和假定相等，每个都等于1/2。因此，Willie的检测错误概率定义为[2]：

表示Alice向Bob发送信息,表示另一种情况。对于给定的ε∈[0,1]，如果检测错误概率ξ不小于1-ε，也就是ξ≥1-ε，即可以实现秘密通信。此处，ε是用于指定秘密通信约束条件的预定值。

尽管数十年来，通过研究扩频技术已经研究了实用的秘密通信[3]，但是隐性交流的信息理论极限是最近才得出的[4]-[6]。在[4]中建立了平方根定律(SRL)的可实现性，以便在加性高斯白噪声(AWGN)信道上实现隐式通信。在n通道的使用中，Alice最多可以向Bob发送位。此外，SRL结果已在离散无记忆通道(DMC)中得到验证[5]，[6]，两跳系统[7]，多个访问频道[8]和广播频道[9]。简而言之，这些结果表示尽管无噪声传输，但每个通道使用的隐蔽比特的平均数量渐近地接近零，

幸运的是，其他工作[10]-[22]揭示了当Willie不确定其噪声统计参数时，Alice可以达到正的隐蔽率,在秘密传输条件下，在n通道中至少传输位会使用[10]-[13]。基于在建议的速率控制和功率控制策略上，作者在[16]验证了秘密传输在放大和转发单向中继网络中的可行性。在有限的信道使用情况下，在[18]中研究了延迟不容忍的隐蔽通信，这表明随机发射功率可以增强隐蔽通信。另外，在[20]中研究了有限块长(即有限n)对隐蔽通信的影响。通过利用全双工(FD)接收器，在衰落信道下的[20]中对隐蔽通信进行了检查，其中FD接收器会产生人为噪声以混淆Willie。在[21]中，通过使用Kullback-Leibler(KL)散度作为隐蔽度量来研究高斯信号的最优性。通过将LPD通信表述为最快的检测问题，[22]中的作者使用三种不同的检测方法研究了隐蔽吞吐量最大化问题，Shewhart，累积总和(CUSUM)和Shiryaev-Roberts(SR)检验。在一个友好的不知情的干扰机的帮助下，Alice还可以在n个通道中使用[14]，[15]来将个隐蔽位传达给Bob。通过产生人为噪声来抑制Willie的检测，Alice可以可靠且秘密地将信息传输给Bob[17]。目前现有的大多数工作[4]-[9]，[14]-[18]，[20]-[22]使用的是所有用户的完美信道状态信息(CSI)来研究秘密传输，而在这项工作中，通过使用多个天线来放宽这个有力的假设，与此同时仍然保证转换传输。在[19]中，考虑了单输入单输出(SISO)隐蔽通信方案，然后得出沃登探测器最佳阈值的精确表达式。然后，作者分析了在不完善的CSI下具有中断约束的可实现速率。

参考文献：