[发明专利]联合中继传输和中继干扰的物理层安全传输方法及系统

说明书

本发明公开了一种联合中继传输和中继干扰的物理层安全传输方法及系统，涉及物理层安全传输技术领域。该方法包括如下步骤：中继节点利用协作干扰通信模型选取的最优中继节点对源节点通过第一最优天线发送的包含目的信息的第一编码信息解码后重新编码，获得第二编码信息；并使用所述协作干扰通信模型选取的所述最有中继节点的第二最优天线将所述第二编码信息转发至目的节点，所述第二编码信息用于触发所述目的节点对所述第二编码信息进行解码，获得所述目的信息；其余中继节点发送人工噪声用于干扰窃听节点。从而实现了系统安全容量最大化，降低了系统的安全中断概率，提高了系统的安全性能。

技术领域

本发明涉及物理层安全传输技术领域，具体涉及一种联合中继传输和中继干扰的物理层安全传输方法及系统。

背景技术

无线媒介天然的开放性、无线网络结构的复杂性和无线通信的快速发展，使大规模无线网络面临的安全压力日益增大。由于无线网络的广播特性，信息可能会被恶意窃听节点窃取，新兴的研究方向是通过提高物理层的安全来改善无线网络的安全环境。与传统常规密码学使用的网络安全技术不同，基于协作干扰的物理层安全技术是信息安全领域新的方法和解决途径，作为传统上层加密方法的有效补充，它通过使用无线信道的固有噪声性质以及随机性来保证无线网络的安全，已成为无线通信领域的研究热点之一。协作通信能够在克服传统加密方法缺陷的同时，实现在发送端和接收端之间建立优质的无线链路，大大提高了无线通信系统的频谱资源利用率和系统的功率效率，为物理层安全机制的实施提供了足够的空间。

在基本的窃听信道模型中，为了实现保密通信通常需要保证窃听信道容量小于主信道，然而这个要求在大多数情况下不能被满足，因此需要一定的技术手段引入差异化，削弱窃听信道的链路质量，从而有效抑制窃听行为。于是在协作通信技术基础上，协作干扰技术被提出。在传统的无线通信系统中，干扰信号通常被认为是对通信的有效性和安全性造成负面影响的不利因素，应该尽可能地减小或消除。而协作干扰技术的基本思想却恰好相反，通过引入人为的干扰信号，将干扰转化为提高系统安全性能的有利因素。这种新颖的策略丰富了物理层安全的发展，是无线通信安全领域的重大突破。

在现有的研究中，协作干扰技术虽然已经被提出，但适用场景较为简单，源节点和中继节点普遍为单天线，且进行中继选择时未综合考虑中继传输和中继干扰联合选择对系统保密容量的影响。这就导致基于现有技术选择出的中继或者协作干扰节点无法显著的提高系统的保密性能。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种联合中继传输和中继干扰的物理层安全传输方法，所采用的技术方案具体如下：

第一方面，本发明一个实施例提供了一种联合中继传输和中继干扰的物理层安全传输方法，包括以下步骤：

中继节点利用协作干扰通信模型选取的最优中继节点对源节点通过第一最优天线发送的包含目的信息的第一编码信息解码后重新编码，获得第二编码信息；并使用所述协作干扰通信模型选取的所述最有中继节点的第二最优天线将所述第二编码信息转发至目的节点，所述第二编码信息用于触发所述目的节点对所述第二编码信息进行解码，获得所述目的信息；其余中继节点发送人工噪声用于干扰窃听节点；

所述协作干扰通信模型包括源节点，N个中继节点，一个目的节点和一个窃听节点。其中，所述源节点配有至少两根天线，每个所述中继节点处配有至少两根天线，其余节点都配单根天线；所述协作干扰通信模型选取所述最优中继、第一最优天线和第二最优天线的步骤如下：

根据节点之间的信道状态信息获取所述中继节点处的信道容量，结合目标传输速率筛选出能够成功解码的中继集合；

获取所述中继集合内的中继节点与源节点之间的第一最大信噪比以及与目的节点之间的第二最大信噪比，并结合与窃听节点之间的信噪比选取最优中继节点；

根据所述最优中继节点与源节点以及目的节点之间的信道衰落系数，确定源节点的第一最优天线和中继节点的第二最优天线。