基于微弱信號(hào)檢測(cè)的物理層安全通信方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種基于微弱信號(hào)檢測(cè)的物理層安全通 信方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 信息安全關(guān)系到國(guó)家領(lǐng)±主權(quán)和人民生命財(cái)產(chǎn)安全，在日常生產(chǎn)生活中發(fā)揮著十 分重要的作用，如今無(wú)線通信的物理層安全越發(fā)引起重視和關(guān)注，無(wú)線通信媒質(zhì)是開放的， 任何非法用戶都可能竊聽到合法用戶的信息，進(jìn)而擾亂合法用戶的正常通信。
[0003] W往信息安全主要從計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和數(shù)據(jù)加密著手，為了防止信息信號(hào)被竊 聽，人們提出了很多種物理層安全通信模型和方法，通常的做法是干擾方發(fā)送人工噪聲信 號(hào)去干擾非法用戶竊聽合法用戶的信息，運(yùn)種做法在實(shí)現(xiàn)時(shí)難W確定干擾方的發(fā)射功率， 因?yàn)榉欠ㄓ脩艚邮諜C(jī)的位置和信道狀態(tài)信息都是未知的，如果干擾方的發(fā)射功率過高，就 會(huì)對(duì)合法用戶接收機(jī)帶來(lái)有害干擾;反之如果干擾方的發(fā)射功率過低，就難W有效干擾非 法用戶竊聽。
[0004] 微弱信號(hào)檢測(cè)通過利用特殊信號(hào)的先驗(yàn)信息，可W將微弱的信息信號(hào)從強(qiáng)噪聲信 號(hào)中提取出來(lái)，在生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值;將微弱信號(hào)檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于物理 層安全通信，合法用戶接收機(jī)可W在干擾方使用很高發(fā)射功率的情況下將信息信號(hào)提取出 來(lái)，不需要假設(shè)非法用戶接收機(jī)的位置和信道狀態(tài)已知。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有的物理層安全通信方法未考慮干擾方發(fā)射功率影響的情形，本發(fā)明提供 一種基于微弱信號(hào)檢測(cè)的物理層安全通信方法。本發(fā)明不改變現(xiàn)有的物理層安全通信方 式，允許干擾方W很高功率發(fā)送人工噪聲信號(hào)，從而有效干擾非法用戶竊聽又保障合法用 戶的通信順利進(jìn)行，適用于不經(jīng)過數(shù)據(jù)加密的無(wú)線通信系統(tǒng)。
[0006] 本發(fā)明技術(shù)方案如下：
[0007] 如圖1所示，物理層安全通信系統(tǒng)中有一個(gè)合法用戶的發(fā)射機(jī)T和接收機(jī)R，還有一 個(gè)準(zhǔn)備竊聽的非法用戶接收機(jī)E和干擾非法用戶竊聽的干擾發(fā)射機(jī)J。合法用戶的發(fā)射機(jī)T 向接收機(jī)R發(fā)送一個(gè)信息信號(hào)s(t)，它被非法用戶接收機(jī)E接收到。為了防止該信息信號(hào)被 非法用戶竊聽到，干擾發(fā)射機(jī)J發(fā)送一個(gè)強(qiáng)人工噪聲信號(hào)n(t)。它同時(shí)被合法用戶接收機(jī)R 和非法用戶接收機(jī)E接收到。合法用戶接收機(jī)R依靠信息信號(hào)的先驗(yàn)信息，采用微弱信號(hào)檢 測(cè)方法將被強(qiáng)噪聲淹沒的信息信號(hào)提取出來(lái)。非法用戶接收機(jī)E由于不具有信息信號(hào)的先 驗(yàn)信息，很難將信息信號(hào)從強(qiáng)噪聲中提取出來(lái)，因而達(dá)到防止竊聽的目的。
【附圖說明】
[000引圖1為物理層安全通信系統(tǒng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009] 為了更好地理解本發(fā)明，下面通過附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0010] 如圖1所示，合法用戶的發(fā)射機(jī)T向接收機(jī)R發(fā)送一個(gè)信息信號(hào)s(t)，同時(shí)干擾發(fā)射 機(jī)J發(fā)送一個(gè)強(qiáng)人工噪聲信號(hào)n(t)，合法用戶接收機(jī)R和非法用戶接收機(jī)E的接收信號(hào)分別 表示為：
[0011] .、-(/) = V尸.'々,'"-如+ V尸'.似小,的；
[0012] JK/,". .、'('〇+ 在J A 距押的 + W的;
[0013] 其中：Pt和Pj分別是合法用戶發(fā)射機(jī)T和干擾發(fā)射機(jī)J的發(fā)射功率，Pt很小而Pj很 大;hTR是合法用戶發(fā)射機(jī)巧暇收機(jī)R的信道系數(shù);hjR是干擾發(fā)射機(jī)巧恰法用戶接收機(jī)R的 信道系數(shù);hTE是合法用戶發(fā)射機(jī)T到非法用戶接收機(jī)E的信道系數(shù);hjE是干擾發(fā)射機(jī)J到非 法用戶接收機(jī)E的信道系數(shù);v(t)和w(t)是均值為零、方差為O 2的加性高斯白噪聲。
[0014] 合法用戶接收機(jī)R依靠信息信號(hào)s(t)的先驗(yàn)信息，采用基于混濁的微弱信號(hào)檢測(cè) 方法從接收信號(hào)x(t)中將被強(qiáng)噪聲n(t)淹沒的信息信號(hào)s(t)提取出來(lái)。信息信號(hào)s(t)-般 是周期正弦信號(hào)，利用混濁信號(hào)對(duì)微弱周期信號(hào)的極度敏感性W及對(duì)噪聲的免疫性，通過 設(shè)定混濁信號(hào)的幅值丫讓混濁系統(tǒng)處于臨界混濁狀態(tài)，然后加入接收信號(hào)x(t)使得混濁系 統(tǒng)由混濁狀態(tài)變?yōu)橹芷跔顟B(tài)，再設(shè)定混濁信號(hào)的幅值P讓混濁系統(tǒng)再次進(jìn)入臨界混濁狀態(tài)， 則混濁信號(hào)幅值的差丫-P就是s(t)的幅值。同理，首先調(diào)節(jié)混濁系統(tǒng)進(jìn)入臨界混濁狀態(tài)，將 接收信號(hào)x(t)加入系統(tǒng)的下述方程：.成)=?^知w.viy)+VT7a,,:"(,0+、,仍;引入比例微分控 制項(xiàng)，由混濁系統(tǒng)的功率譜尖峰可W看出s(t)的頻率。
[0015] 非法用戶接收機(jī)E不具有信息信號(hào)s(t)的先驗(yàn)信息，因?yàn)閺?qiáng)噪聲n(t)的存在，很難 從接收信號(hào)y(t)中將信息信號(hào)s(t)提取出來(lái)，因而竊聽不到信息。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于微弱信號(hào)檢測(cè)的物理層安全通信方法，所述方法包括： 通信系統(tǒng)中至少分別含有一臺(tái)合法用戶發(fā)射機(jī)、一臺(tái)合法用戶接收機(jī)、一臺(tái)準(zhǔn)備竊聽 的非法用戶接收機(jī)、一臺(tái)干擾非法用戶竊聽的干擾發(fā)射機(jī)； 合法用戶發(fā)射機(jī)向合法用戶接收機(jī)發(fā)送一個(gè)信息信號(hào)，同時(shí)干擾發(fā)射機(jī)發(fā)送一個(gè)人工 噪聲信號(hào)； 合法用戶接收機(jī)依靠信息信號(hào)的先驗(yàn)信息，采用基于混濁的微弱信號(hào)檢測(cè)方法從接收 信號(hào)中將被噪聲淹沒的信息信號(hào)提取出來(lái)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括:通過設(shè)定混濁信號(hào)的幅值丫，讓混濁 系統(tǒng)處于臨界混濁狀態(tài)，然后加入接收信號(hào)使得混濁系統(tǒng)由混濁狀態(tài)變?yōu)橹芷跔顟B(tài)，再設(shè) 定混濁信號(hào)幅值P，讓混濁系統(tǒng)再次進(jìn)入臨界混濁狀態(tài)，計(jì)算混濁信號(hào)幅值差丫 -P，得到信 息信號(hào)的幅值。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，所述方法還包括：調(diào)節(jié)混濁系統(tǒng)進(jìn)入臨界混濁狀態(tài)，將 接收信號(hào)加入系統(tǒng)方程.、-(〇 = ^/^也,<非)+^^4?,"(/)+夠，引入比例微分控制項(xiàng)，由混濁 系統(tǒng)的功率譜尖峰讀出信息信號(hào)的頻率； 其中： x(t)表示合法用戶接收機(jī)的接收信號(hào)； s(t)表示合法用戶發(fā)射機(jī)向合法用戶接收機(jī)發(fā)送的信息信號(hào)； n(t)表示干擾發(fā)射機(jī)發(fā)送的人工噪聲信號(hào)； Pt和Pj分別表不合法用戶發(fā)射機(jī)和干擾發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率，Pt<Pj ; hTR是合法用戶發(fā)射機(jī)到合法用戶接收機(jī)的信道系數(shù)； hjR是干擾發(fā)射機(jī)到合法用戶接收機(jī)的信道系數(shù)； hTE是合法用戶發(fā)射機(jī)到非法用戶接收機(jī)的信道系數(shù)； hjE是干擾發(fā)射機(jī)到非法用戶接收機(jī)的信道系數(shù)； v(t)和w(t)都是均值為零、方差為O2的加性高斯白噪聲。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于微弱信號(hào)檢測(cè)的物理層安全通信方法，所述方法包括：合法用戶發(fā)射機(jī)向合法用戶接收機(jī)發(fā)送一個(gè)信息信號(hào)，同時(shí)干擾發(fā)射機(jī)發(fā)送一個(gè)人工噪聲信號(hào)；合法用戶接收機(jī)依靠信息信號(hào)的先驗(yàn)信息，采用基于混沌的微弱信號(hào)檢測(cè)方法從接收信號(hào)中將被噪聲淹沒的信息信號(hào)提取出來(lái)。本發(fā)明不改變現(xiàn)有的物理層安全通信方式，允許干擾方以很高功率發(fā)送人工噪聲信號(hào)，從而有效干擾非法用戶竊聽又保障合法用戶的通信順利進(jìn)行，適用于不經(jīng)過數(shù)據(jù)加密的無(wú)線通信系統(tǒng)。
【IPC分類】H04W24/00
【公開號(hào)】CN105517008
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510881695
【發(fā)明人】陳宏濱, 趙峰, 李春海, 苗彥濤, 陳泓淵, 常怡亮
【申請(qǐng)人】桂林電子科技大學(xué)
【公開日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2015年12月6日