基于全双工接收机的低时延隐蔽通信实现方法与流程

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及基于全双工接收机的低时延隐蔽通信实现方法。

背景技术：

近年来，随着移动通信的迅猛发展，信息的安全传输和私密性变得更加重要。传统的保证信息传输安全的技术有密码术和隐写术。

密码术是利用一些复杂的编码技术对有用信息本身进行加密，使得窃听方需要花费大量的时间进行解密。密码术的优点是由于技术的成熟使得应用很广泛，而且利用计算的复杂性使得窃听者很难解密。但是对数据进行加密本身就很容易引起窃听者的怀疑，这会更容易激起窃听者对解密的欲望。而且随着计算机计算能力的日益提高和解密技术的日渐成熟，窃听者对解密花费的时间也会越来越短。

隐写术主要是把隐藏的信息附加在其他的公开载体上，比如图片、音频和文字等，通过嵌入算法或秘钥将秘密信息隐藏在公开信息中，通过公开信道进行传递，使得这些音频看起来和普通音频没什么区别，这样就不容易引起窃听者的怀疑。但是载体信息本身存在很大的冗余性，信息的编码效率很低。

从以上问题中我们可以发现，仅仅对传输内容进行加密已经不能完全确保通信的安全性了。为了解决上述问题，我们就需要另一种技术来增强信息传输的安全性。而隐蔽通信可以利用扩频通信技术将有用信息“隐藏”在噪声当中，保证窃听者以很低的检测概率检测到信息正在传输，这样就起到了将信息“隐蔽”的作用。然而诸多关于隐蔽通信的研究都是基于无限块长的，而且收发端都是单天线的情况。无限块长并不适用于实际的应用场景，而且依靠单天线来保证通信的性能已经不能满足人们对通信质量的要求了。因此，本发明提供了基于全双工接收机的低时延隐蔽通信实现方法。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对全双工接收机下低时延隐蔽通信的分析及实现方法，提供了一种度量有限块长下窃听端性能以及如何发送an功率以使性能最优的方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种基于全双工接收机的低时延隐蔽通信实现方法，包括：

在有限块长中，为了度量窃听端的性能，由于虚警和漏检概率的复杂性，我们需要寻找一个新的指标来代替虚警和漏检概率作为隐蔽通信的条件，以简化分析和计算；

利用全双工接收机引入了人工噪声，来达到干扰窃听者的目的。

作为一种实施例，所述度量有限块长下窃听端性能，包括：

步骤11)，分别求得零假设(即发送端没有发送信息)下窃听端的似然函数和备择假设(发送端正在发送信息)下窃听端的似然函数其中h0表示零假设，h1表示备择假设，yw[i]表示窃听端在第i条信道上的接受信号，n表示信道总数，f(yw[i]|h0)表示在h0条件下的概率密度函数，f(yw[i]|h1)表示在h1条件下的概率密度函数；

步骤12)，根据kullback-leibler(kl)散度的定义计算窃听端的kl散度为其中为窃听端的sinr，n为块长度，pa和pb分别表示发送端和接收端的发送功率，为噪声功率。对于较小的值意味着和近似程度高，即说明窃听端的总错误概率ξ很大；

步骤13)，令作为成功传输的隐蔽条件，其中ε为描述窃听端性能好坏的一个参数，再最大化吞吐量nγb，γb为bob的sinr，分别求得固定pa下的最优pb和全局最优pb，

步骤14)，把上述求得的最优pb代入nγb，可分别求得固定pa下的最优吞吐量和全局最优吞吐量。

作为一种实施例，所述固定pa下的最优吞吐量和全局最优吞吐量，包括：

步骤21)，固定发送功率pa时，在满足的条件下，最大化吞吐量nγb，即可得最优的an功率为再代入nγb，即可得固定pa下的最优吞吐量；

步骤22)，先求得固定pb下的最优发送功率为再代入nγb使之最大化，即可得全局最优的an功率为其中是允许发送的最大an功率，为接收端的噪声方差，为窃听端的噪声方差，h为接收端的自干扰因子。

步骤23)，把代入nγb，即可得全局最优的吞吐量。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

提出的基于全双工接收机的低时延隐蔽通信的实现方法，把有限块长考虑在内，比一般的隐蔽通信的分析方法更具有实际意义。同时利用全双工接收机来发送人工噪声对窃听端造成干扰，可以达到更高的隐蔽性。最后得到的全局最优an功率是不依赖于发射功率的，这样就能简化收发端之间的协作，提高隐蔽通信的效率。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1示出了基于全双工接收机的低时延隐蔽通信实现方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

本发明的一种基于全双工接收机的低时延隐蔽通信实现方法包括：在满足隐蔽性的条件下，最大化吞吐量求得最优的an功率，再代入目标函数，即可求得最优的吞吐量。

作为一种实施例，所述方法包括：在有限块长下，重新寻找一个新的指标(即kl散度)作为隐蔽性的条件，以简化分析和计算。利用全双工接收机引入了人工噪声，来达到干扰窃听者的目的，提高可靠性。

第一步：窃听端的接收信号表示为其中xa为发送信号，满足其中i表示信道使用数的下标，vb是接收端发送的人工噪声，满足nw[i]为窃听端的加性白高斯噪声，方差为即

第二步：考虑有限块长，窃听端在零假设h0下和备择假设h1下的似然函数分别为并根据定义计算kl散度为

第三步：求解优化问题可得固定pa下的最优pb的近似闭合表达式为同时可以求得pa的一个上限为即只有pa在小于该上限的前提下，才存在

第四步：为了同时优化pa和pb，求解优化问题可得全局最优的pb为

第五步：把第四步中求得的代入目标函数，可得到全局最优吞吐量分别为

可见，第二种情况的性能总是优于第一种情况的性能，即当接收端噪声性能优于窃听端时，不需要发送an，而且该情况下的性能总是优于接收端噪声性能差于窃听端的情况。

本发明提出的基于全双工接收机的低时延隐蔽通信实现方法，不仅考虑了一种更实际的情况，即有限块长(低时延)的分析，而且引入全双工的概念，提高了传输的隐蔽性，分析了需要发送人工噪声的条件，提高了可靠性，求得全局最优的an功率，简化了收发端之间的协作，提高了效率。