[发明专利]基于低复杂度差异信道估计的物理层安全方法

摘要

本发明公开了基于低复杂度差异信道估计的物理层安全方法，该方法构建了低复杂度信道估计用以区分授权用户和非授权用户的信道估计性能，实现了基站和授权用户之间的安全通信。该方法是已有的差异信道估计方法和多项式展开法的有效结合。该方法首先利用反向、前向的差异信道估计方法实现授权用户和非授权用户端的信道估计的性能差异。再针对大规模天线信道之间存在相干性的情况，引入多项式展开的方法近似表示非对角大维度矩阵的逆运算，降低计算复杂度，提高了系统的实时性。最后通过能量最优分配实现最佳的系统性能。

主权项

一种基于低复杂度差异信道估计的物理层安全方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1：授权用户发送导频到基站，估计上行链路的信道；根据信道的互易性，得到下行链路信道的估计；步骤2：根据下行链路的信道估计，设计人工噪声，基站同时向授权用户、非授权用户发送导频和人工噪声的叠加信号，授权用户、非授权用户同时获得各自的信道状态信息的估计，并计算相应的最小均方误差；步骤3：利用多项式展开近似计算前向训练中授权用户、非授权用户处信道估计的最小均方误差；步骤4：通过对反向训练导频信号、前向训练导频信号和人工噪声的能量的最优分配，实现最优的差异信道估计性能；所述能量的最优分配包括如下方程式：$\underset{P_f,P_r,{\mathrm{\σ}}_a^2\≥0}{min}{\mathrm{NMSE}}_l$s.t.NMSE_u≥γ,$P_r{T}_r+(P_f+(N_{bs}-N_l\left){\mathrm{\σ}}_a^2\right)T_f\≤\stackrel{\‾}{P}(T_r+T_f),$$P_r{T}_r\≤{\stackrel{\‾}{P}}_r{T}_r,$$(P_f+N_{bs}-N_l{\mathrm{\σ}}_a^2)T_f\≤{\stackrel{\‾}{P}}_f{T}_f,$其中，γ为NMSE_u预先设定的最小值，和分别为设定的平均能量，授权用户和基站的最高能量，MMSE_l为授权用户处的最小均方误差，MMSE_u为非授权用户处的最小均方误差，N_bs为基站处天线数量，P_f为前向训练导频信号的能量，T_f为前向训练导频信号的长度，N_l为授权用户处天线数量，P_r为反向训练导频信号的能量，T_r反向训练导频信号的长度，为人工噪声的能量。