一种信号传输方法、装置及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线通信系统技术领域，特别是涉及一种信号传输方法、装置及系统。
【背景技术】
[0002] 多输入多输出(multiple-input-multiple-output ,ΜΙΜΟ)无线通信系统因抗衰落 性能好、误码率低、信道容量水平高和数据传输速率更快等特点，已经成为新一代无线通信 领域中的一项重要技术。
[0003] 然而，在关注无线通信系统有效性和可靠性的同时，无线通信的安全性也不可忽 视。由于无线通信系统传输介质的开放性、无线终端的移动性和无线通信网络拓补结构的 多样性和变化性等特点，使得无线通信系统受到的安全威胁更甚于物理传输介质相对的有 线通信系统。传统的信息安全技术主要为应用于网络层及以上各层的以密码学为基础的相 关加密技术，其缺点是易被破解、安全性差。近年来，提出的基于物理层的无线通信安全技 术给ΜΜ0系统的安全传输提供了新的方向。
[0004] 目前，面向物理层安全技术主要为集中式传输方式，主要包括两种:一种是基于空 间调制的传输预编码策略，另一种是基于空间调制的随机预编码策略。
[0005] 基于空间调制的有限输入预编码策略:源节点到窃听节点的信道状态信息(CSI， Channel State Information)已知，输入信号为有限的序列，经过空间调制后映射到传输 天线和传统的PSK/QAM信号，为了抵御窃听节点的窃听，运用预编码策略，在被激活的天线 传输的ΡΑΚ/QAM信号上乘以一个预编码系数a m，来旋转和放大信号，且被激活的天线不同时 这个预编码系数也不同，这个预编码系数知对窃听节点是未知的，对于目的节点是已知的。 这样不管是哪根天线传输的信号，对于窃听节点来说其接收到的信号总是一样的，因此窃 听节点不能进行正确解码;而对于目的节点，这个预编码系数^是已知的，从而可以正确解 码，从而保证了传输信号的安全。这种策略虽然能够有效增强系统的安全性能，但是需要知 道精确的发送者到窃听者之间的CSI，这导致巨大的信令反馈开销及计算复杂度，缺乏实用 性，从而限制了这种策略的使用。
[0006] 基于空间调制的随机预编码策略:源节点到窃听节点之间的CSI是未知的，源节点 到目的节点信道增益是已知的，源节点对要传输的信号进行预编码处理，预编码的权值会 根据实际输入信号的改变而改变。目的节点使用反向同步发送训练序列，让源节点估算出 源节点到目的节点之间的信道信息，该反向同步可以抵御窃听节点估算窃听节点到源节点 之间的信道信息，窃听节点只能盲目估算出传输信号，从而增加了窃听源节点传输的信号 的复杂度。这种策略虽然不需要预先知道发送者到窃听者的CSI，然而，由于随机编码器需 要依靠实际的输入信号进行编码，所以这种策略使得目的接收机变得更加复杂。
[0007] 可见，现有的基于物理层的无线通信安全技术繁琐、复杂，实用性差。
【发明内容】
[0008] 本发明实施例的目的在于提供一种信号传输方法、装置及系统，以简化信号传输 过程，降低传输过程的复杂度，并保证传输数据的安全性。
[0009] 为达到上述目的，本发明实施例公开了一种信号传输方法，应用于中继设备，所述 中继设备分别与信号发送设备和信号接收设备无线连接，所述方法包括如下步骤：
[0010] 接收所述信号发送设备发送的第一信号；
[0011]当判断自身为转发中继设备时，根据所述第一信号生成第二信号，并在干扰中继 设备发送预设的第二干扰信号的同时将所述第二信号发送至所述信号接收设备；
[0012] 当判断自身为非转发中继设备时，判断自身与所述信号接收设备之间的信道响应 矩阵的行列式的值是否大于其他非转发中继设备与所述信号接收设备之间的信道响应矩 阵的行列式的值;如果是，将自身确定为干扰中继设备，并在所述转发中继设备发送所述第 二信号的同时将预设的第二干扰信号发送至所述信号接收设备;所述预设的第二干扰信号 携带有所述干扰中继设备的数字识别符ID，以使所述信号接收设备根据保存的干扰中继设 备的数字识别符ID与预设的第二干扰信号的对应关系，在接收到的信号中去除所述第二干 扰信号。
[0013] 优选的，所述在干扰中继设备发送预设的第二干扰信号的同时将所述第二信号发 送至所述信号接收设备包括：
[0014] 所述转发中继设备向基站发送向所述信号接收设备发送第二信号的发送时刻的 第一请求信号；以使所述基站根据所述第一请求信号和所述干扰中继设备向基站发送的向 所述信号接收设备发送第二干扰信号的发送时刻的第二请求信号，确定发送时刻；
[0015] 接收所述基站发送的所述发送时刻的信息，在所述发送时刻将所述第二信号发送 至所述信号接收设备。
[0016] 优选的，所述在所述转发中继设备发送所述第二信号的同时将预设的第二干扰信 号发送至所述信号接收设备包括：
[0017] 所述干扰中继设备向基站发送向所述信号接收设备发送第二干扰信号的发送时 刻的第二请求信号；以使所述基站根据所述第二请求信号和所述转发中继设备向所述基站 发送的向所述信号接收设备发送第二信号的发送时刻的第一请求信号，确定发送时刻；
[0018] 接收所述基站发送的所述发送时刻的信息，在所述发送时刻将所述第二干扰信号 发送至所述信号接收设备。
[0019] 本发明实施例还公开了一种信号传输装置，应用于中继设备，所述中继设备分别 与信号发送设备和信号接收设备无线连接，所述装置包括:第一信号接收模块、第二信号发 送模块和第二干扰信号发送模块，
[0020] 所述第一信号接收模块，用于接收所述信号发送设备发送的第一信号；
[0021] 所述第二信号发送模块，用于当判断自身为转发中继设备时，根据所述第一信号 生成第二信号，并在干扰中继设备发送预设的第二干扰信号的同时将所述第二信号发送至 所述信号接收设备；
[0022] 所述第二干扰信号发送模块，用于当判断自身为非转发中继设备时，判断自身与 所述信号接收设备之间的信道响应矩阵的行列式的值是否大于其他非转发中继设备与所 述信号接收设备之间的信道响应矩阵的行列式的值;如果是，将自身确定为干扰中继设备， 并在所述转发中继设备发送所述第二信号的同时将预设的第二干扰信号发送至所述信号 接收设备;所述预设的第二干扰信号携带有所述干扰中继设备的数字识别符ID，以使所述 信号接收设备根据保存的干扰中继设备的数字识别符ID与预设的第二干扰信号的对应关 系，在接收到的信号中去除所述第二干扰信号。
[0023] 本发明实施例还公开了一种信号传输系统，所述系统包括:转发中继设备、干扰中 继设备和信号接收设备，所述转发中继设备和所述干扰中继设备均与所述信号接收设备无 线连接，
[0024] 所述转发中继设备，用于接收信号发送设备发送的第一信号;根据所述第一信号 生成第二信号，并在干扰中继设备发送预设的第二干扰信号的同时将所述第二信号发送至 所述信号接收设备；
[0025] 所述干扰中继设备，用于在所述转发中继设备发送所述第二信号的同时将预设的 第二干扰信号发送至所述信号接收设备;所述预设的第二干扰信号携带有所述干扰中继设 备的数字识别符ID;其中，所述干扰中继设备为非转发中继设备，且自身与所述信号接收设 备之间的信道响应矩阵的行列式的值大于其他非转发中继设备与所述信号接收设备之间 的信道响应矩阵的行列式的值；
[0026] 所述信号接收设备，用于接收由所述转发中继设备发送的第二信号和所述干扰中 继设备发送的第二干扰信号，根据保存的干扰中继设备的数字识别符ID与预设的第二干扰 信号的对应关系，从接收到的信号中去除所述第二干扰信号，获得所述第二信号。
[0027]优选的，所述系统还包括:基站，所述转发中继设备、所述干扰中继设备和所述信 号接收设备均与所述基站连接，
[0028]所述基站，用于接收所述转发中继设备发送的向所述信号接收设备发送第二信号 的发送时刻的第一请求信号;接收所述干扰中继设备发送的向所述信号接收设备发送第二 干扰信号的发送时刻的第二请求信号;根据所述第一请求信号和所述第二请求信号，确定 发送时刻;将确定的所述发送时刻的信息发送至所述转发中继设备和所述干扰中继设备。 [0029]优选的，所述基站，还用于将干扰中继设备的数字识别符ID与预设的第二干扰信 号的对应关系通知信号接收设备；
[0030] 所述信号接收设备，还用于接收并保存所述基站发送的干扰中继设备的数字识别 符ID与预设的第二干扰信号的对应关系。
[0031] 优选的，所述系统还包括:信号发送设备，
[0032] 所述信号发送设备，用于获得待传输的第一信息序列；采用空间调制技术对所述 第一信息序列进行调制，获得第一信号；确定自身与转发所述第一信号的目的中继设备之 间的信道响应矩阵的零空间矩阵;根据所述零空间矩阵确定第一干扰信号;其中，所述第一 干扰信号与所述信道响应矩阵的乘积为零;广播由所述第一信号和所述第一干扰信号组成 的信号。
[0033]优选的，所述信号发送设备，具体用于获得与所述零空间矩阵维度相同的向量，并 将该向量作为第一干扰信号，所述第一干扰信号为：
[0035] 其中，qi = aiViZi，i=rsr+l，rsr+2,…，Nt;vi为所述零空间矩阵的元素，Zi为系数，由 服从独立同分布的随机高斯源产生，21服从正态分布，即z,.~Γ,ν(()，σ:)，σ 2为第一干扰信号 的功率;〇1为￥1的权重系数，且为随机数;N t为自身的发送天线数目；rsr为所述信号发送设备 与转发所述第一信号的目的中继设备之间的信道响应矩阵的秩。
[0036] 优选的，h为均匀分布在Nt-r维球形的随机向量a = _v+1，···中的元素，且
[0037] 本发明实施例提供的一种信号传输方法、装置及系统，其中的中继设备可以接收 信号发送设备发送的第一信号；当判断自身为转发中继设备时，根据所述第一信号生成第 二信号，并在干扰中继设备发送预设的第二干扰信号的同时将所述第二信号发送至所述信 号接收设备；当判断自身为非转发中继设备时，判断自身与所述信号接收设备之间的信道 响应矩阵的行列式的值是否大于其他非转发中继设备与所述信号接收设备之间的信道响 应矩阵的行列式的值;如果是，将自身确定为干扰中继设备，并在所述转发中继设备发送所 述第二信号的同时将预设的第二干扰信号发送至所述信号接收设备;所述预设的第二干扰 信号携带有所述干扰中继设备的数字识别符ID，以使所述信号接收设备根据保存的干扰中 继设备的数字识别符ID与预设的第二干扰信号的对应关系，在接收到的信号中去除所述第 二干扰信号。本发明提供的一种信号传输方法、装置及系统，由于信号接收设备可以根据保 存的干扰中继设备的数字识别符ID与预设的第二干扰信号的对应关系，将干扰中继设备发 送的预设的第二干扰信号去除，从而获得第二信号；而窃听设备中不存在干扰中继设备的 数字识别符ID与预设的第二干扰信号的对应关系，从而也无法从窃听到的信号中去除第二 干扰信号。因此，相比于现有的面向物理层安全技术，本发明可以降低信号接收设备解调第 二信号的计算复杂度、简化了信号传输过程；同时保证了中继设备向信号接收设备传输第 二信号的安全性。当然，实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的 所有优点。
【附图说明】
[0038] 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，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普