本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种基于时间反转技术的物理层安全通信方法及装置。
背景技术：
随着通信技术的发展，人们可以不受传统有线通信系统的区域限制，通过无线通信系统更加便捷地传递各类信息。无线通信技术通过电磁波传输通信信息，而电磁波又可能会被不属于通信双方的窃听者采集到，因而存在通信信息被窃听者窃听的风险。为此，通常利用无线通信系统物理层特性进行安全通信，防范窃听风险。
常用的物理层安全通信技术包括波束赋形技术，通过优化所发送的信号的空间分布，增强目标用户的信道质量而抑制窃听者的信道质量，避免窃听者采集到通信信息。例如，发送端通过多天线波束赋形将发送给目标用户的信号对准目标用户而避开窃听者；或者，发送端通过干扰对齐技术将发送给目标用户的信号对齐至窃听者信号空间之外的空间来避开窃听者。但是，采用上述方法时，为了将所发送的信号对准目标用户且避开窃听者，发送端需要获取用户和窃听者的信道状态信息(channelstateinformation，简称csi)。当窃听者较为隐蔽时，将导致发送端无法获取到窃听者的csi，也就无法实现安全通信。
为了应对上述问题，相应的技术中，通过空域人工噪声(artificialnoise，简称an)信号掩护技术实现安全通信。具体为，发送端在用户信号空间内传输待传输信号，在用户信号空间之外发送an信号，主动干扰任何可能存在的窃听者，抑制其接收性能，使窃听者无法从采集到的信号中获取通信信息，从而实现安全通信。
但是，如果窃听者拥有多个天线，或者存在多个窃听者联合窃听、且联合窃听的天线总数目大于发送端的发送天线数目，窃听者就可以借助足够多的天线计算得到an信号传输矩阵，从而根据该矩阵完全消除an信号。因此，空域an信号掩护技术在用于安全通信时，依然存在被窃听的风险。
技术实现要素：
本发明实施例的目的在于提供一种基于时间反转技术的物理层安全通信方法及装置，以实现利用时域an信号的掩护进行安全通信，避免传统an信号掩护技术用于安全通信时被窃听的风险。具体技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种基于时间反转技术的物理层安全通信方法，该方法包括：
获取与目标接收端通信的各路径的信道信息；
根据各路径的信道信息，利用时间反转技术，得到噪声信号，噪声信号在预设时间点为0；
将噪声信号叠加至待传输信号中，得到加密信号；
向目标接收端发送所述加密信号。
第二方面，本发明实施例提供了一种基于时间反转技术的物理层安全通信装置，该装置包括：
获取模块，用于获取与目标接收端通信的各路径的信道信息；
第一确定模块，用于根据各路径的信道信息，利用时间反转技术，得到噪声信号，噪声信号在预设时间点为0；
信号叠加模块，用于将噪声信号叠加至待传输信号中，得到加密信号；
发送模块，向目标接收端发送加密信号。
第三方面，本发明实施例提供了一种计算机设备，该设备包括：
处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过总线完成相互间的通信；存储器，用于存放计算机程序；处理器，用于执行存储器上所存放的程序，实现上述第一方面提供的基于时间反转技术的物理层安全通信方法的步骤。
第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面提供的基于时间反转技术的物理层安全通信方法的步骤。
本发明实施例提供的一种基于时间反转技术的物理层安全通信方法及装置，应用于通信系统中的信号发送端，通过获取与目标接收端通信的各路径的信道信息；根据各路径的信道信息，利用时间反转技术，得到在预设时间点为0的噪声信号；将该噪声信号叠加至待传输信号中，得到加密信号；向目标接收端发送该加密信号。加密信号从发送端传输至目标接收端时，存在传输时延，经过该传输时延，在预设时间点目标接收端才能采集到完整的加密信号，传输时延对应于与目标接收端通信的各路径的信道信息。由此，基于与目标接收端通信的各路径的信道信息，利用时间反转技术，将噪声信号设计为在与目标接收端信道信息对应的预设时间点为0，从而使得目标接收端在预设时间点采集到加密信号时，加密信号中噪声为0；而由于非法接收端的信道信息与目标接收端的不同，无论何时采集加密信号，加密信号中的噪声信号都不为0，因此，非法接收端会受噪声信号干扰而无法从采集的加密信号中识别出待传输信号，从而实现了在时域an信号掩护下的安全通信，避免传统an信号掩护技术用于安全通信时被窃听的风险。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明一实施例的基于时间反转技术的物理层安全通信方法的流程示意图；
图2为本发明一实施例的基于时间反转技术的物理层安全通信方法中，目标接收端处加密信号传输示意图；
图3为本发明一实施例的基于时间反转技术的物理层安全通信方法中，非法接收端处加密信号传输示意图；
图4为本发明另一实施例的基于时间反转技术的物理层安全通信方法的流程示意图；
图5为本发明一实施例的基于时间反转技术的物理层安全通信装置的结构示意图；
图6为本发明另一实施例的基于时间反转技术的物理层安全通信装置的结构示意图；
图7为本发明一实施例的计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面首先对本发明一实施例的基于时间反转技术的物理层安全通信方法进行介绍。
本发明实施例提供的基于时间反转技术的物理层安全通信方法，可以应用于能够发送通信信号的计算机设备，该设备包括台式计算机、便携式计算机、服务器等，在此不作限定，任何可以实现本发明实施例的计算机设备，均属于本发明实施例的保护范围。
如图1所示，本发明一实施例的基于时间反转技术的物理层安全通信方法的流程，应用于通信系统中的信号发送端，可以包括：
s101，获取与目标接收端通信的各路径的信道信息。
信号发送端与目标接收端通信的各路径的信道信息，可以包括各路径的信道增益、传输时延。信道信息是各路径固有的，而不同的接收端有不同的路径，因此，不同接收端路径的信道信息也是不同的。
获取信道信息的方法，具体可以是信号发送端根据接收到的用于测量的导频信号确定出，还可以是信号发送端根据与目标接收端的历史通信信息确定出。任何用于获取目标接收端路径的信道信息的方法均可用于本发明，本实施例对此不作限制。
s102，根据各路径的信道信息，利用时间反转技术，得到噪声信号，噪声信号在预设时间点为0。
s103，将噪声信号叠加至待传输信号中，得到加密信号。
s104，向目标接收端发送加密信号。
时间反转技术具体为利用预设时间反转预处理函数以及卷积运算，在预设时间点聚集各路径的信道增益，使各路径传输的加密信号包含的待传输信号能量达到峰值，从而在该时间点采样可以得到完整的加密信号。因此，利用时间反转技术进行通信时，接收端会在信号全部聚集的时间点采样，以采集到全部信号。其中，预设时间反转预处理函数是根据各路径的信道信息确定的，具体可以为信道冲激响应的时间反转的共轭形式。
相应的，利用时间反转技术和各路径的信道信息，将噪声信号确定为在信号聚集的预设时间点为0，将这种噪声信号与待传输信号叠加得到加密信号，可以使目标接收端采集到的加密信号中，噪声信号为0。
本发明实施例提供的一种基于时间反转技术的物理层安全通信方法，应用于通信系统中的信号发送端，通过获取与目标接收端通信的各路径的信道信息；根据各路径的信道信息，利用时间反转技术，得到在预设时间点为0的噪声信号；将该噪声信号叠加至待传输信号中，得到加密信号；向目标接收端发送该加密信号。加密信号从发送端传输至目标接收端时，存在传输时延，经过该传输时延，在预设时间点目标接收端才能采集到完整的加密信号，传输时延对应于与目标接收端通信的各路径的信道信息。由此，基于与目标接收端通信的各路径的信道信息，利用时间反转技术，将噪声信号设计为在与目标接收端信道信息对应的预设时间点为0，从而使得目标接收端在预设时间点采集到加密信号时，加密信号中噪声为0；而由于非法接收端的信道信息与目标接收端的不同，无论何时采集加密信号，加密信号中的噪声信号都不为0，因此，非法接收端会受噪声信号干扰而无法从采集的加密信号中识别出待传输信号，从而实现了在时域an信号掩护下的安全通信，避免传统an信号掩护技术用于安全通信时被窃听的风险。
可选的，本发明图1所示实施例的s101中，各路径的信道信息可以包括：各路径的信道增益。
相应的，本发明图1所示实施例的s102，具体可以包括：
根据各路径的信道增益，利用预设传输系数确定公式，计算得到各路径的噪声信号传输系数，其中，预设传输系数确定公式为公式一：
公式一中，l为与目标接收端通信的路径的数量，i为路径的编号，hi为路径i的信道增益，ni为路径i的噪声信号传输系数。
当预设初始噪声信号是离散信号时，根据各路径的噪声信号传输系数、信道增益和预设初始噪声信号，利用第一预设噪声信号计算公式，计算得到噪声信号，其中，第一预设噪声信号计算公式为公式二：
a′＝{h[k]*n[-k]}a，
公式二中，h[k]为信道增益hi的集合，n[-k]为噪声信号传输系数ni的倒序集合，a为预设初始噪声信号，a′为噪声信号。
或者，当预设初始噪声信号是连续信号时，根据各路径的噪声信号传输系数、信道增益和预设初始噪声信号，利用第二预设噪声信号计算公式，计算得到噪声信号，其中，第二预设噪声信号计算公式为公式三：
公式三中，h(t)为信道增益hi的集合，n(-t)为噪声信号传输系数ni的倒序集合。
为了达到在预设时间点噪声信号为0的目的，将噪声信号传输系数确定为满足公式一，也就是经过l个信道增益为hi的信道传输后，在信号聚集时为0。将该满足公式一的噪声信号传输系数作为预设初始噪声信号a的传输系数，就可以得到在信号聚集时为0的噪声信号a′。
本发明图1所示实施例的s103，具体可以包括：
当原始传输信号是离散信号时，基于原始传输信号、预设时间反转预处理函数和各路径的信道增益，利用第一预设待传输信号计算公式，计算得到待传输信号，其中，第一预设待传输信号计算为公式四：
s′＝{h[k]*h*[-k]}s，
公式四中，h*[-k]为预设时间反转预处理函数，s为原始传输信号，s'为待传输信号。
或者，当原始传输信号是连续信号时，基于原始传输信号、预设时间反转预处理函数和各路径的信道增益，利用第二预设待传输信号计算公式，计算得到待传输信号，其中，第二预设待传输信号计算公式为公式五：
公式五中，h*(-t)为预设时间反转预处理函数。
通过对原始传输信号进行时间反转预处理，以使待传输信号经过各路径传输，在预设时间点聚集。当然，除了时间反转预处理以外，本领域技术人员还可以根据公知常识，对原始传输信号进行无线传输预处理，以使待传输信号能够被有效传输。
利用预设信号叠加公式，叠加噪声信号和待传输信号，得到加密信号，其中，预设信号叠加公式为公式六：s'+a'。
例如：与目标接收端通信的路径有3个，与这3个路径l0、l1以及l2对应的传输时延分别为0、τ1以及τ2，对应的路径增益分别为h0、h1以及h2。如本发明一实施例的基于时间反转技术的物理层安全通信方法中，目标接收端处加密信号传输示意图，图2所示：加密信号s'+a'从发送端传输至目标接收端时，在信道增益和传输时延不同的3个路径中，加密信号中的待传输信号存在不同的衰减。而在图2中0对应的预设时间点处，各路径的信道增益聚集，也就是聚集的信道增益与预设时间反转预处理函数加强了待传输信号，使待传输信号能量达到了峰值，从而得到完整的待传输信号:
相应的，在图2中0对应的预设时间点处，目标接收端就能够采集到完整的加密信号：s'+a'＝(|h0|2+|h1|2+|h2|2)s+(h0n0+h1n1+h2n2)a。同时，由于加密信号中噪声信号的传输系数满足公式一：预设传输系数确定公式:
因此，在图2中0对应的预设时间点处，加密信号中，噪声信号：
a'＝∑{h[k]*n[-k]}a＝(h0n0+h1n1+h2n2)a＝0，或者
从而使目标接收端采集到的加密信号中只含有待传输信号：
s'+a'＝s'+0＝(|h0|2+|h1|2+|h2|2)s。
对于非法接收端，也以3个路径为例。与这3个路径le0、le1以及le2对应的传输时延分别为0e、τe1以及τe2，对应的信道增益分别为he0、he1以及he2。如本发明一实施例的基于时间反转技术的物理层安全通信方法中，非法接收端处加密信号传输示意图，图3所示：到发送端传输的加密信号s'+a'被非法接收端窃听，在非法接收端的信道增益和传输时延不同的3个路径中，加密信号中的待传输信号存在不同的衰减。而在图3中，即使是0e对应的时间点处，由于预设时间反转预处理函数h*[-k]和h*(-t)是根据目标接收端的路径l0、l1以及l2分别对应的信道增益h0、h1以及h2确定的，因此，对于信道增益he0、he1以及he2与目标接收端不同的非法接收端，无法通过各路径的信道增益与预设时间反转预处理函数加强待传输信号，窃听得到的加密信号包含的待传输信号也就依然是衰减的，待传输信号的能量也就无法达到峰值，只能得到
如图4所示，本发明另一实施例的基于时间反转技术的物理层安全通信方法的流程，可以包括：
s401，获取与目标接收端通信的各路径的信道信息。
s401是与图1所示实施例中的s101相同的步骤，在此不再赘述，详见图1所示实施例的描述。
s402，根据目标接收端的多个预设第一信噪比以及预设安全速率确定公式，利用预设最优解算法，计算得到第一预设数量个目标安全速率。
安全速率用于评价通信系统的通信安全性能，由目标接收端处的信噪比和和非法接收端处的信噪比共同决定，而信噪比与各信道固有属性(例如：路径的信道高斯白噪声)相关。相应的，多个路径可以分别对应多个信噪比，多个信噪比也就使得通信系统的安全速率是多样的。
基于此，为了优化通信系统的通信安全性能，可以根据目标接收端的多个预设第一信噪比以及预设安全速率确定公式，利用预设最优解算法，计算得到第一预设数量个目标安全速率，也就是从多个安全速率中，确定相较而言能够使通信安全性能更优的目标安全速率。其中，预设第一信噪比可以是根据与目标接收端通信的历史信息确定的，还可以是根据待传输信号功率与噪声信号功率的比值确定的。预设最优解算法用于从多个安全速率中确定目标安全速率，具体可以为穷举法、爬山算法或者粒子群算法等。任何可以从多个安全速率中确定目标安全速率的最优解算法均可用于本发明，本实施例对此不作限制。
s403，根据各目标安全速率对应的各预设第一信噪比，从各路径中，确定与各预设第一信噪比对应的各目标路径。
由于安全速率与目标接收端处的信噪比对应，而信噪比又与信道固有属性相关，因此，确定了目标安全速率，也就可以从与目标接收端通信的各信道中，确定与各预设第一信噪比对应的各目标路径。
s404，根据各目标路径的信道增益，利用预设目标传输系数确定公式，计算得到目标噪声信号传输系数，其中，所述预设目标传输系数确定公式为公式七：
公式七中，nj为目标噪声信号传输系数，m为第一预设数量，j为目标路径的编号，hj为目标路径j的目标信道增益。
s405，当预设初始噪声信号是离散信号时，根据各目标路径的目标噪声信号传输系数、目标信道增益和预设初始噪声信号，利用第一预设目标噪声信号计算公式，计算得到目标噪声信号，其中，第一预设目标噪声信号计算公式为公式八：
a″＝{ha[k]*na[-k]}a，
公式八中，ha[k]为目标信道增益hj的集合，na[-k]为目标噪声信号传输系数nj的倒序集合，a”为目标噪声信号。
或者，当预设初始噪声信号是连续信号时，根据各目标路径的所述目标噪声信号传输系数、目标信道增益和预设初始噪声信号，利用第二预设目标噪声信号计算公式，计算得到目标噪声信号，其中，第二预设目标噪声信号计算公式为公式九：
公式九中，ha(t)为目标信道增益hj的集合，na(-t)为所述目标噪声信号传输系数nj的倒序集合。
s406，当原始传输信号是离散信号时，基于原始传输信号、预设目标时间反转预处理函数和各目标路径的目标信道增益，利用第一预设待传输目标信号计算公式，计算得到待传输目标信号，其中，第一预设待传输目标信号计算公式为公式十：
公式十中，
或者，当原始传输信号是连续信号时，基于原始传输信号、预设目标时间反转预处理函数和各目标路径的目标信道增益，利用第二预设待传输目标信号计算公式，计算得到待传输目标信号，其中，第二预设待传输目标信号计算公式为公式十一：
公式十一中，
s407，利用预设目标信号叠加公式，叠加目标噪声信号和待传输目标信号，得到目标加密信号，其中，预设目标信号叠加公式为公式十二：s”+a”。
s408，向目标接收端发送目标加密信号。
与发送加密信号的方式相比，图4所示实施例中，以目标安全速率为依据，将加密信号中的待传输信号和噪声信号确定为在各目标信道传输、在非目标信道中为0，也就是发送目标加密信号，从而使通信系统中传输加密信号的路径为与目标安全速率对应的目标路径，进一步提升通信系统的通信安全性能。
例如：与目标接收端通信的3个路径l0、l1以及l2对应的预设第一信噪比分别为snrd0、snrd1以及snrd2，根据这三个信噪比和预设安全速率计算公式，利用预设最优解算法，计算得到目标安全速率为rs0、rs1。那么根据目标安全速率rs0、rs1分别对应的预设第一信噪比snrd0、snrd1，确定目标路径为l0、l1。根据目标路径l0、l1分别对应的目标信道增益h0、h1，利用预设目标传输系数确定公式
可选的，本发明图4所示实施例中的s402，可以包括：
根据自身的总发射功率，利用预设功率分配算法，确定多个待传输信号功率和多个噪声信号功率。
针对各待传输信号功率以及各噪声信号功率，将该待传输信号功率和相应的噪声信号功率的比值，确定为预设第一信噪比。
由于预设第一信噪比为待传输信号功率和相应的噪声信号功率的比值，因此，可以在确定多个预设第一信噪比之前，确定多个待传输信号功率和多个噪声信号功率。其中，待传输信号功率和噪声信号功率可以通过对信号发送端的总发射功率进行分配确定。在信号发送端自身的总发射功率一定时，预设功率分配算法可以为按照预设功率分配比进行分配，还可以是根据用户对噪声信号功率和待传输信号功率的具体需求进行分配。当然，考虑到各路径的固有属性(例如路径的信道高斯白噪声)对信噪比的影响，实际应用中，噪声信号功率可以是信道高斯白噪声加入噪声信号后的整体噪声的功率。
根据各预设第一信噪比以及非法接收端的多个预设第二信噪比，利用预设安全速率确定公式，计算得到多个安全速率。
由于非法接收端对应的路径固有属性与目标接收端的不同，因此对于非法接收端处的预设第二信噪比，可以预设为与预设第一信噪比不同。
比较各安全速率的大小，按照安全速率从大到小的顺序，确定第一预设数量个安全速率，作为目标安全速率。
其中，预设安全速率确定公式为公式十三：
rs＝[log2(1+snrd)-log2(1+snre)]+，
公式十三中，snrd为预设第一信噪比，snre为预设第二噪比。
例如：根据自身的总发射功率，利用预设功率分配算法，确定3个待传输信号功率ps1、ps2以及ps3，和3个噪声信号功率pn1、pn2以及pn3。将待传输信号功率ps1与噪声信号功率pn1的比值确定为预设第一信噪比snrd0，将待传输信号功率ps2与噪声信号功率pn2的比值确定为预设第一信噪比snrd1，将待传输信号功率ps3与噪声信号功率pn3的比值确定为预设第一信噪比snrd2。根据预设第一信噪比snrd0、snrd1以及snrd2，以及与这3个预设第一信噪比均不相同的非法接收端的3个预设第二信噪比snre0、snre1以及snre2，利用预设安全速率确定公式rs＝[log2(1+snrd)-log2(1+snre)]+，计算得到3个安全速率rs0、rs1以及rs2。比较得到各安全速率的大小为rs0＞rs1＞rs2，按照安全速率从大到小的顺序，确定2个安全速率rs0、rs1作为目标安全速率。
可选的，上述根据自身的总发射功率，利用预设功率分配算法，确定多个待传输信号功率和多个噪声信号功率的步骤，具体可以包括：
当判断自身的总发射功率小于或者等于预设总功率阈值时，基于自身的总发射功率和多个预设信号功率分配比，利用预设功率分配公式，计算得到多个待传输信号功率和多个噪声信号功率，其中，预设功率分配公式为公式十四：
公式十四中，
在实际应用中，不同信号发送端的发射总功率大小不同，对于发射总功率小于或者等于预设总功率阈值的信号发送端，可供分配的发射总功率有限，因此，可以按照预设功率分配比，确定出待传输信号功率和噪声信号功率。其中，多个预设功率分配比可以是根据历史经验设置的，预设总功率阈值可以是根据实际应用场景设置的，如可以将指定规模基站的发射总功率作为预设总功率阈值。
例如：将常用规模基站的发射总功率40w作为预设总功率阈值，判断自身的总发射功率ps为20w小于预设总功率阈值40w。因此，基于自身的总发射功率20w和3个预设信号功率分配比
相应于上面的方法实施例，本发明一实施例还提供了基于时间反转技术的物理层安全通信装置。
如图5所示，本发明一实施例的基于时间反转技术的物理层安全通信装置的结构，可以包括：
获取模块501，用于获取与目标接收端通信的各路径的信道信息。
第一确定模块502，用于根据各路径的信道信息，利用时间反转技术，得到噪声信号，噪声信号在预设时间点为0。
信号叠加模块503，用于将噪声信号叠加至待传输信号中，得到加密信号。
发送模块504，向目标接收端发送加密信号。
可选的，各路径的信道信息可以包括：各路径的信道增益。
第一确定模块502，具体用于：
根据各路径的信道增益，利用预设传输系数确定公式，计算得到各路径的噪声信号传输系数，其中，预设传输系数确定公式为公式一：
公式一中，l为与所述目标接收端通信的路径的数量，i为路径的编号，所述hi为路径i的信道增益，ni为路径i的噪声信号传输系数。
当预设初始噪声信号是离散信号时，根据各路径的噪声信号传输系数、信道增益和预设初始噪声信号，利用第一预设噪声信号计算公式，计算得到噪声信号，其中，第一预设噪声信号计算公式为公式二：
a′＝{h[k]*n[-k]}a，
公式二中，h[k]为信道增益hi的集合，n[-k]为噪声信号传输系数ni的倒序集合，a为预设初始噪声信号，a′为噪声信号。
或者，当预设初始噪声信号是连续信号时，根据各路径的噪声信号传输系数、信道增益和预设初始噪声信号，利用第二预设噪声信号计算公式，计算得到噪声信号，其中，第二预设噪声信号计算公式为公式三：
公式三中，h(t)为信道增益hi的集合，n(-t)为噪声信号传输系数ni的倒序集合。
信号叠加模块503，具体用于：
当原始传输信号是离散信号时，基于原始传输信号、预设时间反转预处理函数和各路径的信道增益，利用第一预设待传输信号计算公式，计算得到待传输信号，其中，第一预设时间反转预处理公式为公式四：
s′＝{h[k]*h*[-k]}s，
公式四中，h*[-k]为预设时间反转预处理函数，s为原始传输信号，s'为待传输信号。
或者，当原始传输信号是连续信号时，基于原始传输信号、预设时间反转预处理函数和各路径的信道增益，利用第二预设待传输信号计算公式，计算得到待传输信号，其中，第二预设待传输信号计算公式为公式五：
公式五中，h*(-t)为预设时间反转预处理函数。
利用预设信号叠加公式，叠加噪声信号和待传输信号，得到加密信号，其中，预设信号叠加公式为公式六：s'+a'。
如图6所示，本发明另一实施例的基于时间反转技术的物理层安全通信装置的结构，可以包括：
获取模块601，用于获取与目标接收端通信的各路径的信道信息。
601与本发明图5所示实施例的501是相同的模块。
第二确定模块602，用于根据所述目标接收端的多个预设第一信噪比以及预设安全速率确定公式，利用预设最优解算法，计算得到第一预设数量个目标安全速率；根据各目标安全速率对应的各预设第一信噪比，从各路径中，确定与各预设第一信噪比对应的各目标路径；
第一确定模块603，具体用于：
根据各目标路径的信道增益，利用预设目标传输系数确定公式，计算得到目标噪声信号传输系数，其中，预设目标传输系数确定公式为公式七：
公式七中，nj为目标噪声信号传输系数，m为第一预设数量，j为目标路径的编号，hj为目标路径j的目标信道增益。
第一确定模块603，还用于：
当预设初始噪声信号是离散信号时，根据各目标路径的目标噪声信号传输系数、目标信道增益和预设初始噪声信号，利用第一预设目标噪声信号计算公式，计算得到目标噪声信号，其中，第一预设目标噪声信号计算公式为公式八：
a″＝{ha[k]*na[-k]}a，
公式八中，ha[k]为目标信道增益hj的集合，na[-k]为目标噪声信号传输系数nj的倒序集合，a”为目标噪声信号。
或者，当预设初始噪声信号是连续信号时，根据各目标路径的所述目标噪声信号传输系数、目标信道增益和预设初始噪声信号，利用第二预设目标噪声信号计算公式，计算得到目标噪声信号，其中，第二预设目标噪声信号计算公式为公式九：
公式九中，ha(t)为目标信道增益hj的集合，na(-t)为所述目标噪声信号传输系数nj的倒序集合。
信号叠加模块604，具体用于：
当原始传输信号是离散信号时，基于原始传输信号、预设时间反转预处理函数和各目标路径的目标信道增益，利用第一预设待传输目标信号计算公式，计算得到待传输目标信号，其中，第一预设待传输目标信号计算公式为公式十：
公式十中，
或者，当原始传输信号是连续信号时，基于原始传输信号、预设时间反转预处理函数和各目标路径的目标信道增益，利用第二预设待传输目标信号计算公式，计算得到待传输目标信号，其中，第二预设待传输目标信号计算公式为公式十一：
公式十一中，
信号叠加模块604，还用于：
利用预设目标信号叠加公式，叠加所述目标噪声信号和所述待传输目标信号，得到目标加密信号，其中，预设目标信号叠加公式为公式十二：s”+a”。
发送模块605，具体用于：
向目标接收端发送目标加密信号。
可选的，第二确定模块602，具体用于：
根据自身的总发射功率，利用预设功率分配算法，确定多个待传输信号功率和多个噪声信号功率。
针对各待传输信号功率以及各噪声信号功率，将该待传输信号功率和相应的噪声信号功率的比值，确定为预设第一信噪比。
根据各预设第一信噪比以及非法接收端的多个预设第二信噪比，利用预设安全速率确定公式，计算得到多个安全速率。
比较各安全速率的大小，按照安全速率从大到小的顺序，确定第一预设数量个安全速率，作为目标安全速率。
其中，预设安全速率确定公式为公式十三：
rs＝[log2(1+snrd)-log2(1+snre)]+，
公式十三中，snrd为所述预设第一信噪比，snre为所述预设第二噪比。
可选的，第二确定模块602，还用于：
当判断自身的总发射功率小于或者等于预设总功率阈值时，基于自身的总发射功率和多个预设信号功率分配比，利用预设功率分配公式，计算得到多个待传输信号功率和多个噪声信号功率，其中，预设功率分配公式为公式十四：
公式十四中，
本发明实施例提供的一种基于时间反转技术的物理层安全通信装置，应用于通信系统中的信号发送端，通过获取与目标接收端通信的各路径的信道信息；根据各路径的信道信息，利用时间反转技术，得到在预设时间点为0的噪声信号；将该噪声信号叠加至待传输信号中，得到加密信号；向目标接收端发送该加密信号。加密信号从发送端传输至目标接收端时，存在传输时延，经过该传输时延，在预设时间点目标接收端才能采集到完整的加密信号，传输时延对应于与目标接收端通信的各路径的信道信息。由此，基于与目标接收端通信的各路径的信道信息，利用时间反转技术，将噪声信号设计为在与目标接收端信道信息对应的预设时间点为0，从而使得目标接收端在预设时间点采集到加密信号时，加密信号中噪声为0；而由于非法接收端的信道信息与目标接收端的不同，无论何时采集加密信号，加密信号中的噪声信号都不为0，因此，非法接收端会受噪声信号干扰而无法从采集的加密信号中识别出待传输信号，从而实现了在时域an信号掩护下的安全通信，避免传统an信号掩护技术用于安全通信时被窃听的风险。
本发明一实施例还提供了一种计算机设备，如图7所示，包括处理器701、通信接口702、存储器703和通信总线704，其中，处理器701，通信接口702，存储器通703过通信总线704完成相互间的通信；
所述存储器703，用于存放计算机程序；
所述处理器701，用于执行所述存储器703上所存放的计算机程序时，实现上述基于时间反转技术的物理层安全通信方法的所有步骤。
本发明实施例提供的一种计算机设备，作为通信系统中的信号发送端，通过获取与目标接收端通信的各路径的信道信息；根据各路径的信道信息，利用时间反转技术，得到在预设时间点为0的噪声信号；将该噪声信号叠加至待传输信号中，得到加密信号；向目标接收端发送该加密信号。加密信号从发送端传输至目标接收端时，存在传输时延，经过该传输时延，在预设时间点目标接收端才能采集到完整的加密信号，传输时延对应于与目标接收端通信的各路径的信道信息。由此，基于与目标接收端通信的各路径的信道信息，利用时间反转技术，将噪声信号设计为在预设时间点为0，从而使得目标接收端在与目标接收端信道信息对应的预设时间点采集到加密信号时，加密信号中噪声为0；而由于非法接收端的信道信息与目标接收端的不同，无论何时采集加密信号，加密信号中的噪声信号都不为0，因此，非法接收端会受噪声信号干扰而无法从采集的加密信号中识别出待传输信号，从而实现了在时域an信号掩护下的安全通信，避免传统an信号掩护技术用于安全通信时被窃听的风险。
上述计算机设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(peripheralcomponentinterconnect，简称pci)总线或扩展工业标准结构(extendedindustrystandardarchitecture，简称eisa)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
通信接口用于上述计算机设备与其他设备之间的通信。
存储器可以包括随机存取存储器(randomaccessmemory，简称ram)，也可以包括非易失性存储器(non-volatilememory，简称nvm)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(centralprocessingunit，简称cpu)、网络处理器(networkprocessor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(digitalsignalprocessor，简称dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，简称asic)、现场可编程门阵列(field-programmablegatearray，简称fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
本发明一实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质内存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现上述基于时间反转技术的物理层安全通信方法的所有步骤。
本发明实施例提供的计算机可读存储介质，包含在通信系统中的信号发送端，存储的计算机程序被处理器执行时，可以实现获取与目标接收端通信的各路径的信道信息；根据各路径的信道信息，利用时间反转技术，得到在预设时间点为0的噪声信号；将该噪声信号叠加至待传输信号中，得到加密信号；向目标接收端发送该加密信号。加密信号从发送端传输至目标接收端时，存在传输时延，经过该传输时延，在预设时间点目标接收端才能采集到完整的加密信号，传输时延对应于与目标接收端通信的各信道的信道信息。由此，基于与目标接收端通信的各路径的信道信息，利用时间反转技术，将噪声信号设计为在在与目标接收端信道信息对应的预设时间点为0，从而使得目标接收端在预设时间点采集到加密信号时，加密信号中噪声为0；而由于非法接收端的信道信息与目标接收端的不同，无论何时采集加密信号，加密信号中的噪声信号都不为0，因此，非法接收端会受噪声信号干扰而无法从采集的加密信号中识别出待传输信号，从而实现了在时域an信号掩护下的安全通信，避免传统an信号掩护技术用于安全通信时被窃听的风险。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置和计算机设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。