一种基于波束成形的提高多天线系统通信安全的方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于波束成形的提高多天线系统通信安全的方法，包括如下步骤：合法接收方发送信道估计序列，合法发送方根据序列估计合法通信的信道信息；合法发送方发送信息时乘以权值；通信过程采用具有对称符号集的MPSK调制方式调制；接收方利用最大似然解调信号；当合法发送方天线大于合法接收方天线时，利用阵列冗余优势对权系数进行处理，最后得到发送的信号。本发明的有益效果：以较小的代价取得比传统安全和物理层安全系统更高的安全性，采用阵列冗余优势，对发送信号权系数进行处理，进一步防止窃听方利用盲均衡方式进行攻击，提高安全性。
【专利说明】一种基于波束成形的提高多天线系统通信安全的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线通信系统安全【技术领域】，尤其涉及一种基于波束成形的提高多天 线系统通信安全的方法。
【背景技术】
[0002] 无线通信的安全一直备受重视。近来迅速发展的无线移动网络由于其无线信号的 广播特性使其容易遭受窃听方攻击。传统的基于密码的安全技术在考虑安全问题时并没 有利用无线通信物理层特性，在解决现代迅速发展的各种无线网络安全问题时已力不从心 (如无线传感网络等）。
[0003]目前的多天线物理层安全技术大多建立在一些不现实的假设基础之上。大多数基 于发送波束成型的方法假设合法发送方需要知道窃听方和合法通信双方的信道信息，这在 实际通信中是难以实现的。LI提出的阵列冗余法以及Goel的人工噪声类方法的安全性则 是建立在窃听信道与合法信道严格非相关基础之上，如若窃听方的信道信息与合法通信信 道信息十分接近或者窃听方获得部分合法信道信息，其安全性将无法保证。
[0004] 在跨层安全研究中，H.WEN将MM0人工噪声和上层流密码结合，但该方法安全性 能未能达到实际需求。将STBC与上层密钥结合的跨层方案可以达到良好的安全性能，但是 其空时编码需要固定的收发天线组合数使其在实际应用场景中收到一定限制。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在克服现有技术中存在的不足，提供一种基于波束成形的提高多天 线系统通信安全的方法，采用MM0系统中波束成形与上层密钥结合的安全技术，利用上层 密钥配合物理层的波束成形技术，即便是在窃听方获得合法通信双方精确的信道信息条件 下也没有办法正确解调，从而从物理层面上保证窃听方无法获取任何有用信息。而物理层 的发送信号随机迅速快速衰变，且淹没在噪声中以掩护上层密钥，使窃听方较传统通信系 统更加难以通过盲估计方式攻击获得密钥。
[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于波束成形的提高多天线系 统通信安全的方法，包括以下步骤： 51 :在通信之前，合法接收方向合法发送方发送信道估计序列，合法发送方根据接收的 信道估计序列估计合法通信的信道信息HBA，根据TDD系统信道的互易性，得出HBA =HAB，窃 听方窃取此序列估计HBE，无法根据序列获取信道信息HBA和HAE ; 52 :合法发送方发送信息s(n)，在发送信息s(n)时乘以权值w(n)，最终发出的信息 x(n) =w(n)s(n);在发送过程中，合法通信双方共享二进制序列Q_tMl= (qi，q2，…，qn)， qiGGF(2)，IE为对角线元素为1的队维单位阵，令
【权利要求】
1. 一种基于波束成形的提高多天线系统通信安全的方法，其特征在于：包括以下步 骤： 51 :在通信之前，合法接收方向合法发送方发送信道估计序列，合法发送方根据接收的 信道估计序列估计合法通信的信道信息Hba，根据TDD系统信道的互易性，得出Hba =Hab，窃 听方窃取此序列估计Hbe，无法根据序列获取信道信息Hba和Hae ; 52 :合法发送方发送信息s(η)，在发送信息s(η)时乘以权值w(η)，最终发出的信息 x(n) =w(n)s(n);在发送过程中，合法通信双方共享二进制序列Q_tMl=Q^q2, "^qn), qieGF(2)，Ie为对角线元素为1的队维单位阵，令
53 :在通信过程中，采用具有对称符号集的MPSK调制方式，即对调制符号集S，对其中 任意一个调制符号SieS，总存在一个纟,=(-\)es,星座符号与调制比特的映射按如下准 则：
? 其中，M为调制阶数，Ui(i= 1，2，"·，Μ)为M比特的待调比特向量； 54 :当Ui映射符号Si时保证与Ui汉明距离最远的向量Uj映射到-Si，同时保证相邻的 符号对应的比特向量平均汉明距离最小，则合法接收方接收到信号yjn)利用最大似然解 调Si如下：
同时，窃听方接收到信号I，用同样方式解调收到的信号：
55 :当合法发送方天线Nt大于合法接收方天线队时，令发送发权系数时变；利用阵列 冗余优势，在每个符号发送时隙i对于权系数<、wM故出如下处理：
则有，
ifq, =〇,(+IiJ = I 其中，^p 1Htl为NrXNr子矩阵，H1为NrX(Nt-Nr)子矩阵； if仏=1, (±1免）=-1， 令以11) =Wl(n)s(n)为随机变量，且服从高斯随机分布，均值μ，协方差矩阵Σ;那么解方 程可得X。(n) =HcT1 [(±lqi)IEs(n) -H1X1 (η)]; S6 :最后可得发送信号：
【文档编号】H04W12/02GK104320777SQ201410604128
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月30日 优先权日:2014年10月30日
【发明者】唐杰, 文红, 蒋屹新, 宋欢欢 申请人:电子科技大学, 南方电网科学研究院有限责任公司