一种基于人工噪声的通信方法及设备技术

本申请实施例提供了一种基于人工噪声的通信方法及设备，涉及无线通信技术领域，用以提高通信系统的安全性。该方法中，首先接收来自源节点的第一信号；向目的节点发送第二信号，所述第二信号包括所述第一信号和人工噪声；所述人工噪声的功率满足以下公式：其中，P

【技术实现步骤摘要】
一种基于人工噪声的通信方法及设备


[0001]本申请涉及无线通信
，特别涉及一种基于人工噪声的通信方法及 设备。

技术介绍

[0002]近年来，中继技术因其具有减小信道衰落和扩大通信系统覆盖范围等优势 被广泛应用于无线通信领域中。另外全双工技术又可以提高通信系统容量和频 谱利用效率，因此将二者结合起来，可在扩大通信系统通信覆盖范围的基础上， 进一步提升通信系统频谱效率。但与此同时，无线传输由于具有天然的开放性 和广播性特点，使得信息传输过程中存在着潜在的窃听威胁，降低整个通信系 统的安全性。
[0003]因此，目前通信系统存在安全性较低的问题。

技术实现思路

[0004]本申请实施例提供了一种基于人工噪声的通信方法及设备，用以提高通信 系统的安全性。
[0005]第一方面，本申请实施例提供了一种基于人工噪声的通信方法，包括：接 收来自源节点的第一信号；向目的节点发送第二信号，所述第二信号包括所述 第一信号和人工噪声；所述人工噪声的功率满足以下公式： 其中，P
AN
为所述人工噪声的功率，E[v
H
v]为 v
H
v的数学期望，v为所述人工噪声的向量，v
H
为所述人工噪声的向量的共轭 转置向量，为所述人工噪声的噪声方差，M
t
表示所述中继设备配备的发 送天线数量，r为所述中继设备的自干扰信道矩阵H
rr
的秩；所述中继设备的总 功率满足以下公式：其中，为所述中继设备的总功率，Pr/>r
为 所述第一信号的发送功率，P
AN
为所述人工噪声的功率。
[0006]实际通信系统中，被动窃听节点不会与发送节点之间主动建立信道反馈链 接，因此通信系统很难获取到窃听者的信道状态信息，当窃听者的信道状态信 息未知时，如何抑制窃听节点获取有用信息并提高通信系统的物理层安全就亟 待解决。基于上述方案，中继设备在发送第一信号的同时发送人工噪声，利用 人工噪声技术可以有效地抑制窃听节点获取第一信号，同时可以提高通信系统 的物理层安全。
[0007]一种可能的实现方式中，所述人工噪声的功率是基于所述人工噪声的向量 得到的：所述人工噪声的向量满足以下公式：其中，R为M
t
×
(M
t
‑
r
‑
1) 维H的零空间，H为M
r
+1
×
M
t
维矩阵，满足满足为h
rd
的共轭 转置，h
rd
为所述中继设备到所述目的节点的信道向量，为(M
t
‑
r
‑
1)
×
1维的 人工噪声的向量，满足I为1
×
1维单位矩阵。
[0008]基于上述方案，通过在中继设备发送的信号中引入人工噪声的向量来抑制 窃听节点获取有用信号，从而提高通信系统的安全性。
[0009]一种可能的实现方式中，所述人工噪声的向量是基于自干扰迫零约束条件 所述第二信号进行简化得到的：所述自干扰迫零约束条件满足以下公式： H
rr
W＝0H
rr
v＝0其中，W为所述中继设备处的M
t
×
M
r
维波束成形矩阵，M
r
表 示所述中继设备配备的接收天线数量；所述第二信号满足以下公式：其中，y
T
(t)为所 述第二信号，P
s
为所述源节点的发送功率，h
sr
为所述源节点到所述中继设备 的信道向量，x(t
‑
1)为所述源节点t
‑
1时刻发送的保密信息，y
T
(t
‑
1)为所述中继 设备t
‑
1时刻发送的信号，n
r
(t
‑
1)为所述中继设备处t
‑
1时刻的加性高斯白噪 声，v(t)为t时刻的人工噪声的向量。
[0010]基于上述方案，通过自干扰迫零约束条件将第二信号进行简化，可以简化 计算，从而可以方便地得到人工噪声的向量。
[0011]一种可能的实现方式中，中继设备的总功率是基于自干扰迫零约束条件对 第二信号进行简化得到的：所述自干扰迫零约束条件满足以下公式：H
rr
W＝0， H
rr
v＝0其中，H
rr
为所述中继设备的自干扰信道矩阵，W为所述中继设备处的 M
t
×
M
r
维波束成形矩阵，M
r
表示所述中继设备配备的接收天线数量；所述第 二信号满足以下公式： 其中， y
T
(t)为所述第二信号，P
s
为所述源节点的发送功率，W为所述中继设备处的 M
t
×
M
r
维波束成形矩阵，h
sr
为所述源节点到所述中继设备的信道向量，x(t
‑
1)为 所述源节点t
‑
1时刻发送的保密信息，y
T
(t
‑
1)为所述中继设备t
‑
1时刻发送的 信号，n
r
(t
‑
1)为所述中继设备处t
‑
1时刻的加性高斯白噪声，v(t)为t时刻的 人工噪声的向量。
[0012]基于上述方案，通过自干扰迫零约束条件将第二信号进行简化，可以简化 计算，从而方便地得到中继设备的总功率。
[0013]一种可能的实现方式中，所述中继设备的总功率小于或等于所述中继设备 的功率上限；所述第一信号的发送功率符合以下公式：其中，P
r
为所述第一信号的发送功率， E[y
T
(t)y
T
(t)
H
]为y
T
(t)y
T
(t)
H
的数学期望，y
T
(t)为所述第二信号，y
T
(t)
H
为所述 第二信号的共轭转置，P
s
为所述源节点的发送功率，W为所述中继设备处的M
t
×
M
r
维波束成形矩阵，h
sr
为所述源节点到所述中继设备的信道向量，为 所述中继设备的噪声方差。通过以下公式，确定所述第一信号的发送功率的最 小值：
H
rr
W＝0， 其中，P
s
为所述源节点的发送功率，W为所述中继设备处的M
t
×
M
r
维波束成形 矩阵，h
sr
为所述源节点到所述中继设备的信道向量，为所述中继设备的噪 声方差，为h
rd
的共轭本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于人工噪声的通信方法，其特征在于，应用于中继设备，包括：接收来自源节点的第一信号；向目的节点发送第二信号，所述第二信号包括所述第一信号和人工噪声；所述人工噪声的功率满足以下公式：其中，P
AN
为所述人工噪声的功率，E[v
H
v]为v
H
v的数学期望，v为所述人工噪声的向量，v
H
为所述人工噪声的向量的共轭转置向量，为所述人工噪声的噪声方差，M
t
表示所述中继设备配备的发送天线数量，r为所述中继设备的自干扰信道矩阵H
rr
的秩；所述中继设备的总功率满足以下公式：其中，为所述中继设备的总功率，P
r
为所述第一信号的发送功率，P
AN
为所述人工噪声的功率。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述人工噪声的功率是基于所述人工噪声的向量得到的：所述人工噪声的向量满足以下公式：其中，R为M
t
×
(M
t
‑
r
‑
1)维H的零空间，H为M
r
+1
×
M
t
维矩阵，满足满足为h
rd
的共轭转置，h
rd
为所述中继设备到所述目的节点的信道向量，为(M
t
‑
r
‑
1)
×
1维的人工噪声的向量，满足I为1
×
1维单位矩阵。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述人工噪声的向量是基于自干扰迫零约束条件所述第二信号进行简化得到的：所述自干扰迫零约束条件满足以下公式：H
rr
W＝0H
rr
v＝0其中，W为所述中继设备处的M
t
×
M
r
维波束成形矩阵，M
r
表示所述中继设备配备的接收天线数量；所述第二信号满足以下公式：其中，y
T
(t)为所述第二信号，P
s
为所述源节点的发送功率，h
sr
为所述源节点到所述中继设备的信道向量，x(t
‑
1)为所述源节点t
‑
1时刻发送的保密信息，y
T
(t
‑
1)为所述中继设备t
‑
1时刻发送的信号，n
r
(t
‑
1)为所述中继设备处t
‑
1时刻的加性高斯白噪声，v(t)为t时刻的人工噪声的向量。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中继设备的总功率是基于自干扰迫零约束条件对第二信号进行简化得到的：所述自干扰迫零约束条件满足以下公式：H
rr
W＝0H
rr
v＝0其中，H
rr
为所述中继设备的自干扰信道矩阵，W为所述中继设备处的M
t
×
M
r
维波束成形矩阵，M
r
表示所述中继设备配备的接收天线数量；所述第二信号满足以下公式：其中，y
T
(t)为所述第二信号，P
s
为所述源节点的发送功率，W为所述中继设备处的M
t
×
M
r
维波束成形矩阵，h
sr
为所述源节点到所述中继设备的信道向量，x(t
‑
1)为所述源节点t
‑
1时刻发送的保密信息，y
T
(t
‑
1)为所述中继设备t
‑
1时刻发送的信号，n
r
(t
‑
1)为所述中继设备处t
‑
1时刻的加性高斯白噪声，v(t)为t时刻的人工噪声的向量。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中继设备的总功率小于或等于所述中继设备的功率上限；所述第一信号的发送功率符合以下公式：其中，P
r
为所述第一信号的发送功率，E[y
T
(t)y
T
(t)
H

【专利技术属性】
技术研发人员：陈玉婷，陈景妹，
申请(专利权)人：北京神州绿盟科技有限公司，
类型：发明
国别省市：