一种基于USRP的人工噪声半实物仿真实验系统及实验方法

本发明属于无线通信物理层安全领域，具体涉及种基于usrp的人工噪声半实物仿真实验系统及实验方法。

背景技术：

1、随着mimo、空时编码等技术的广泛应用，无线通信技术迅猛发展，已经被应用于社会生活生产的各个领域。但是在无线通信过程中，任何接收者均可接收信号并获取通信信息或者攻击目标信号，因此无线通信的广播特性使无线通信的安全问题面临着严重挑战。

2、随着量子计算机和并行处理器的不断发展，传统基于计算强度的密码学方法存在被破译的可能性，因此物理层保密通信技术研究变得格外重要。与传统加密技术不同，物理层保密通信不需要收发两端提前共享密钥，也不需要关注窃听用户是否具有强大的计算能力，利用目标接收者和窃听者不同的信道状态信息实现保密通信，因此物理层保密技术不易因计算性能提升而导致信息被窃听者破解。近年来，基于物理层安全技术的无线通信保密传输已经成为无线通信领域的研究热点。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于usrp的人工噪声半实物仿真实验系统及实验方法，用半实物仿真的方式来验证人工噪声对于通信系统的安全性和可靠性方面的影响。

2、实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于usrp的人工噪声半实物仿真实验系统，包括基站，合法接收端，以及窃听端；基站包括主机a和usrp rio设备组和发端天线组，合法接收端包括主机b和usrp rio设备组和收端天线组，窃听端包括主机e和usrp rio设备组和收端天线组。

3、所述基站首先广播包含导频信息的射频信号，合法接收端根据该射频信号，估计出合法信道的信道状态信息，并反馈给基站。同时，窃听端根据上述射频信号得到非法信道的信道状态信息。

4、基站发射端根据合法信道的信道状态信息来产生人工噪声，继而广播受人工噪声保护的消息信号。

5、合法接收端和窃听端相应地进行射频信号接收、处理。

6、通过合法接收端实时反馈回基站的信道状态信息，基站实时产生人工噪声和保密消息信号，合法接收端和窃听端接收译码消息信号后计算误码率或其他通信性能指标，进而实际验证人工噪声在不影响合法接收端接收质量的前提下，达到了只降低潜在窃听端接收质量的目的。

7、可选地，基站包含多组usrp rio设备和天线，合法接收端包含单组或多组usrprio设备和天线，窃听端包含单组或多组usrp rio设备和天线。

8、所述人工噪声是一种均匀分布到合法信道零空间中的人工噪声。

9、可选地，所述反馈信道状态信息是从基站到合法接收端信道的状态信息。

10、可选地，使用tcp通信协议传输反馈信道状态信息。

11、一种人工噪声半实物仿真实验系统的实验方法，包括以下步骤：

12、s1.合法接收端与窃听端进入信号接收状态；

13、s2.基站发射包含导频信息的射频信号；

14、s3.合法接收端与窃听端接收包含导频信息的射频信号，然后合法接收端反馈信道状态信息；

15、s4.基站获取信道状态信息后发射人工噪声辅助的消息信号；

16、s5.合法接收端与窃听端接收消息信号；估计人工噪声对通信系统安全性和可靠性的影响。

17、与现有技术相比，本发明的显著优点为：本发明能够实时估计信道状态信息、实时反馈信道状态信息、实时发射人工噪声辅助的消息信号，降低信道时变性对人工噪声性能验证的不良影响；本发明提供了一种基于usrp的、适用于miso和mimo系统的人工噪声性能半实物仿真实验平台和实验方法，为实际环境下的人工噪声辅助的miso和mimo通信系统性能验证提供了有现实意义的解决方案。

技术特征：

1.一种基于usrp的人工噪声半实物仿真实验系统，其特征在于，所述实验平台包括基站、合法接收端以及窃听端；所述基站包括主机a和usrp rio设备组以及天线阵列，所述合法接收端包括主机b、usrp rio设备组和收端天线组，所述窃听段包括主机e、usrp rio设备组和收端天线组。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，通过合法接收端实时反馈回基站的信道状态信息，基站实时产生人工噪声和保密消息信号，合法接收端和窃听端接收译码消息信号后计算误码率，进而实际验证人工噪声在不影响合法接收端接收质量的前提下，达到了只降低潜在窃听端接收质量的目的。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述人工噪声是一种均匀分布到合法信道零空间中的人工噪声。

4.一种基于权利要求1所述系统的实验方法，其特征在于，该实验包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种基于USRP的人工噪声半实物仿真实验系统及实验方法，包括基站、合法接收端以及窃听端；所述基站、合法接收端和窃听端均由计算机、USRP RIO设备和天线组搭建而成；通过利用合法接收端实时反馈回基站的信道状态信息，基站实时产生人工噪声扰乱窃听端的接收，本发明在合法接收端和窃听端计算误码率或其他通信性能指标，进而实际验证人工噪声在不影响合法接收端通信可靠性前提下的安全性。为实际环境下的人工噪声辅助的MISO和MIMO通信系统性能验证提供了有现实意义的解决方案，并能够实时估计信道状态信息、实时反馈信道状态信息、实时发射人工噪声辅助的消息信号，降低信道时变性对人工噪声性能验证的不良影响。

技术研发人员：郁子阳,宋欢欢,文红,唐杰,刘雍煌,李闻
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/25