使用发射天线阵列随机组合旋转的无线通信安全传输方法

摘要

本发明公开了一种使用发射天线阵列随机组合旋转的无线通信安全传输方法，单天线期望用户首先向多天线基站发送未加密的请求信息；基站接收请求信息，利用导频序列估计出基站与期望用户之间的信道；然后将要发送的比特调制为星座点符号b(n)，设计快速变化的加权系数以使得基站的发射信号在期望用户端准同相叠加，对待发送的b(n)进行加权，最后按照指定的等效功率将加权后的符号在发射天线阵列上发射出去；期望用户接收到加权符号后可采用最大似然法解码；而窃听用户即使在已知信道信息的前提下也无法利用最大似然法解码，最终实现了安全传输。

主权项

1.一种使用发射天线阵列随机组合旋转的无线通信安全传输方法，采用的通信系统模型包括：一套多天线的基站、一个单天线移动端和一个多天线移动端，其中，单天线移动端作为期望用户，多天线移动端作为窃听用户，基站与期望用户之间构成通信对，其特征在于，包括如下步骤：a)期望用户首先向基站发送未加密的请求信息，该请求信息同时包含用于信道估计的导频序列；b)基站接收请求信息，利用导频序列估计出通信对之间的信道h_AB，考虑到时分双工并且信道慢变，基站向期望用户方向的信道与期望用户向基站方向的信道是相同的，均为h_AB；c)基站然后：（1）将要发送的比特调制为星座点符号b(n)，n=1、2、3、…；（2）发射b(n)前，将所有的0J根天线随机划分为两组：第一组有J₁根天线，天线的标号组合记为第二组有J₂根天线，天线的标号组合记为并且有S₁∪S₂={1,2,...,J}和J₁+J₂=J；记第一、二组天线的加权系数分为为w₁(n)、w₂(n)，其中：w₂(n)：假设S₂中标号为i的天线与接收天线之间的信道为记对加权系数w₂(n)的各个分量依据相应的信道分别进行旋转，设i∈S₂，其中α_i为非负的随机变量，这样得到的w₂(n)将使基站的发射信号分别经过h_AB,i作用后在期望用户处同相叠加；w₁(n)：首先随机生成J₁维列向量假设其中：为第一组J₁根天线与接收天线之间的信道向量，r和分别为幅度和相位；然后对加权系数w₁(n)整体进行旋转，取这样得到的w₁(n)将使基站的发射信号经过信道h_AB，1作用后在期望用户处非同相叠加，但非同相叠加后的结果h_AB，1w₁(n)将与同相叠加，i∈S₂；每发射一个符号，按照以上方法设计各组天线的加权系数，使加权系数快速变化，利用加权系数对待发送的星座点符号b(n)进行加权，最后按照指定的等效功率将加权后的符号在J根天线上发射出去；d)期望用户接收到加权符号，利用最大似然方法解码其中P_e表示基站的等效功率，x(n)表示对应于一种相位调制方式的星座点，y(n)表示期望用户接收到的信号；e)窃听用户接收到加权符号，即使在获得通信对之间、基站和窃听用户之间信道信息的前提下，由于基站处理使得加权系数快速变化而无法利用最大似然方法正确解码，若直接利用最大似然方法解码，则误码率为50%。