Some content of this application is unavailable at the moment.
If this situation persist, please contact us atFeedback&Contact
1. (WO2019006714) DISTRIBUTED SECURE BEAMFORMING METHOD AND APPARATUS BASED ON ARTIFICIAL NOISE
Document

说明书

发明名称 0001   0002   0003   0004   0005   0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086   0087   0088   0089   0090   0091   0092   0093   0094   0095   0096   0097   0098   0099   0100   0101   0102   0103   0104   0105   0106   0107   0108   0109   0110   0111   0112   0113   0114   0115   0116   0117   0118   0119   0120   0121   0122   0123   0124   0125   0126   0127   0128   0129   0130   0131   0132   0133   0134   0135   0136   0137   0138   0139   0140   0141   0142   0143   0144   0145   0146   0147   0148   0149   0150   0151   0152   0153   0154   0155   0156   0157  

权利要求书

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10  

附图

0001 (R26)   0002   0003   0004   0005 (R26)   0006 (R26)   0007   0008  

说明书

发明名称 : 基于人造噪声的分布式安全波束成型方法及装置

技术领域

[0001]
本发明涉及通信技术领域,尤其涉及一种基于人造噪声的分布式安全波束成型方法及装置。

背景技术

[0002]
分布式波束成型(Distributed Beamforming)是一种协同通信技术,由多个发射端设备发送相同的信息给目标端设备,并通过控制发射端设备的发射相位使多个发射端设备的信号在目标端设备进行有效的合并。
[0003]
在分布式安全通信中,当窃听端设备安装多天线时,可以根据发射端设备发送给接收端设备的信号来估计信道方向信息,据此来调整自身的波束成型器,使得窃听端设备的接收波束对准干扰波束的零陷,使得通信系统的保密性能大大下降。
[0004]
发明内容
[0005]
本发明实施例公开了一种基于人造噪声的分布式安全波束成型方法及装置,能够使发射端设备发送的人工噪声信号在接收端设备的干扰功率最小,同时,提高通信系统的保密性能。
[0006]
本发明实施例第一方面公开一种基于人造噪声的分布式安全波束成型方法,应用于分布式安全通信系统包括的发射端设备,所述分布式安全通信系统包括多个所述发射端设备、接收端设备以及窃听端设备,所述方法包括:
[0007]
在第n时隙向所述接收端设备发送携带有第一人工噪声信号的第一信号,所述第一人工噪声信号用于干扰所述窃听端设备对第一信道方向信息的估计准确度;
[0008]
接收所述接收端设备针对多个所述第一信号返回的反馈信号,所述反馈信号包括第二人工噪声信号,所述第二人工噪声信号用于干扰所述窃听端设备对第二信道方向信息的估计准确度;
[0009]
根据所述反馈信号,调整第(n+1)时隙向所述接收端设备发送第三人 工噪声信号的发射权值,以使所述第三人工噪声信号在所述接收端设备的干扰功率最小;
[0010]
其中,所述第n时隙为当前时隙,所述第(n+1)时隙为所述当前时隙的下一个时隙,所述n为正整数。
[0011]
作为一种可选的实施方式,在本发明实施例第一方面中,所述反馈信号还包括控制信号,所述根据所述反馈信号,调整第(n+1)时隙向所述接收端设备发送第三人工噪声信号的发射权值包括:
[0012]
对所述反馈信号进行解码,获得所述反馈信号携带的控制信号;
[0013]
根据所述控制信号,调整第(n+1)时隙向所述接收端设备发送第三人工噪声信号的发射权值。
[0014]
作为一种可选的实施方式,在本发明实施例第一方面中,所述第一信号还包括保密信息,其中,针对同一个时隙,每个所述发射端设备发送的所述保密信息相同且所述保密信息的发射功率相同,每个所述发射端设备发送人工噪声信号的发射功率相同,且所述保密信息的发射功率与所述人工噪声信号的发射功率的和值小于或等于预设阈值。
[0015]
本发明实施例第二方面公开一种基于人造噪声的分布式安全波束成型方法,应用于分布式安全通信系统包括的接收端设备,所述分布式安全通信系统还包括多个发射端设备以及窃听端设备,所述方法包括:
[0016]
在第n时隙接收多个所述发射端设备发送的第一信号,所述第一信号包括第一人工噪声信号,所述第一人工噪声信号用于干扰所述窃听端设备对第一信道方向信息的估计准确度;
[0017]
根据多个所述第一信号,确定反馈信号,其中,所述反馈信号包括第二人工噪声信号,所述第二人工噪声信号用于干扰所述窃听端设备对第二信道方向信息的估计准确度,所述反馈信号用于所述发射端设备调整第(n+1)时隙向所述接收端设备发送第三人工噪声信号的发射权值;
[0018]
向多个所述发射端设备发送所述反馈信号。
[0019]
作为一种可选的实施方式,在本发明实施例第一方面中,根据多个所述第一信号,确定反馈信号包括:
[0020]
根据多个所述第一信号,确定所述接收端设备在第n时隙的第一信干噪比SINR;
[0021]
将所述第一SINR与存储的第n时隙的第二SINR进行比较,获得比较结果;
[0022]
根据所述比较结果,确定反馈信号。
[0023]
本发明实施例第三方面公开一种分布式安全波束成型装置,运行于分布式安全通信系统包括的发射端设备,包括:
[0024]
发送单元,用于在第n时隙向所述接收端设备发送携带有第一人工噪声信号的第一信号,所述第一人工噪声信号用于干扰所述窃听端设备对第一信道方向信息的估计准确度;
[0025]
接收单元,用于接收所述接收端设备针对多个所述第一信号返回的反馈信号,所述反馈信号包括第二人工噪声信号,所述第二人工噪声信号用于干扰所述窃听端设备对第二信道方向信息的估计准确度;
[0026]
调整单元,用于根据所述反馈信号,调整第(n+1)时隙向所述接收端设备发送第三人工噪声信号的发射权值,以使所述第三人工噪声信号在所述接收端设备的干扰功率最小;
[0027]
其中,所述第n时隙为当前时隙,所述第(n+1)时隙为所述当前时隙的下一个时隙,所述n为正整数。
[0028]
作为一种可选的实施方式,所述反馈信号还包括控制信号,所述调整单元根据所述反馈信号,调整第(n+1)时隙向所述接收端设备发送第三人工噪声信号的发射权值包括:
[0029]
对所述反馈信号进行解码,获得所述反馈信号携带的控制信号;
[0030]
根据所述控制信号,调整第(n+1)时隙向所述接收端设备发送第三人工噪声信号的发射权值。
[0031]
作为一种可选的实施方式,所述第一信号还包括保密信息,其中,针对同一个时隙,每个所述发射端设备发送的所述保密信息相同且所述保密信息的发射功率相同,每个所述发射端设备发送人工噪声信号的发射功率相同,且所述保密信息的发射功率与所述人工噪声信号的发射功率的和值小于或等 于预设阈值。
[0032]
本发明实施例第四方面公开一种分布式安全波束成型装置,运行于分布式安全通信系统包括的接收端设备,包括:
[0033]
接收单元,用于在第n时隙接收多个所述发射端设备发送的第一信号,所述第一信号包括第一人工噪声信号,所述第一人工噪声信号用于干扰所述窃听端设备对第一信道方向信息的估计准确度;
[0034]
确定单元,用于根据多个所述第一信号,确定反馈信号,其中,所述反馈信号包括第二人工噪声信号,所述第二人工噪声信号用于干扰所述窃听端设备对第二信道方向信息的估计准确度,所述反馈信号用于所述发射端设备调整第(n+1)时隙向所述接收端设备发送第三人工噪声信号的发射权值;
[0035]
发送单元,用于向多个所述发射端设备发送所述反馈信号。
[0036]
作为一种可选的实施方式,所述确定单元根据多个所述第一信号,确定反馈信号包括:
[0037]
根据多个所述第一信号,确定所述接收端设备在第n时隙的第一信干噪比SINR;
[0038]
将所述第一SINR与存储的第n时隙的第二SINR进行比较,获得比较结果;
[0039]
根据所述比较结果,确定反馈信号。
[0040]
与现有技术相比,本发明实施例具备以下有益效果:
[0041]
本发明实施例中,发射端设备可以在第n时隙向所述接收端设备发送携带有第一人工噪声信号的第一信号,所述第一人工噪声信号用于干扰所述窃听端设备对第一信道方向信息的估计准确度;进一步地,发射端设备可以接收所述接收端设备针对多个所述第一信号返回的反馈信号,所述反馈信号包括第二人工噪声信号,所述第二人工噪声信号用于干扰所述窃听端设备对第二信道方向信息的估计准确度;更进一步地,发射端设备可以根据所述反馈信号,调整第(n+1)时隙向所述接收端设备发送第三人工噪声信号的发射权值,以使所述第三人工噪声信号在所述接收端设备的干扰功率最小;其中,所述第n时隙为当前时隙,所述第(n+1)时隙为所述当前时隙的下一个时 隙,所述n为正整数。可见,实施本发明实施例,发射端设备可以向所述接收端设备发送第一人工噪声信号,以干扰所述窃听端设备对第一信道方向信息的估计准确度,接收端设备可以向发射端设备发送携带有第二人工噪声信号的反馈信号,以干扰所述窃听端设备对第二信道方向信息的估计准确度,同时,发射端设备可以根据所述反馈信号,调整第(n+1)时隙向所述接收端设备发送第三人工噪声信号的发射权值,使得所述第三人工噪声信号在所述接收端设备的干扰功率最小,从而能够提高通信系统的保密性能。

附图说明

[0042]
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0043]
图1是本发明实施例公开的一种分布式安全通信系统的模型示意图;
[0044]
图2是本发明实施例公开的一种基于人造噪声的分布式安全波束成型方法的流程示意图;
[0045]
图3是本发明实施例公开的另一种基于人造噪声的分布式安全波束成型方法的流程示意图;
[0046]
图4是本发明实施例公开的另一种基于人造噪声的分布式安全波束成型方法的流程示意图;
[0047]
图5是本发明实施例公开的一种人工噪声信号在不同估计误差下的收敛示意图;
[0048]
图6是本发明实施例公开的一种分布式安全通信系统的保密容量的收敛示意图;
[0049]
图7是本发明实施例公开的一种分布式安全波束成型装置的结构示意图;
[0050]
图8是本发明实施例公开的另一种分布式安全波束成型装置的结构示意图。

具体实施方式

[0051]
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0052]
需要说明的是,本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象,而不是用于描述特定顺序。此外,术语“包括”和“具有”以及它们任何变形,意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元,而是可选地还包括没有列出的步骤或单元,或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0053]
本发明实施例公开了一种基于人造噪声的分布式安全波束成型方法及装置,能够使发射端设备发送的人工噪声信号在接收端设备的干扰功率最小,同时,提高通信系统的保密性能。以下进行结合附图进行详细描述。
[0054]
本发明实施例中,用户设备可以包括但不限于智能手机、笔记本电脑、个人计算机(Personal Computer,PC)、个人数字助理(Personal Digital Assistant,PDA)、移动互联网设备(Mobile Internet Device,MID)、穿戴设备(如智能手表、智能手环、智能眼镜)等各类电子设备,其中,该用户设备的操作系统可包括但不限于Android操作系统、IOS操作系统、Symbian(塞班)操作系统、Black Berry(黑莓)操作系统、Windows Phone8操作系统等等,本发明实施例不做限定。
[0055]
请参见图1,图1是本发明实施例公开的一种分布式安全通信系统的模型示意图。如图1所示,该分布式安全通信系统包括多个发射端设备S i(i=1,2,3....N,且N为正整数)、接收端设备D以及窃听端设备E。其中,每个发射端设备S i与接收端设备D装备单天线,窃听端设备E装备多天线。
[0056]
其中,发射端设备S i主要用于收发信号,比如发送人工噪声信号以及接收反馈信号等,该发射端设备S i可以为基站。基站(例如接入点)可以是指接入 网中在空中接口上通过一个或多个扇区与无线终端通信的设备。基站可用于将收到的空中帧与IP分组进行相互转换,作为无线终端与接入网的其余部分之间的路由器,其中,接入网的其余部分可包括网际协议(IP)网络。基站还可以协调对空中接口的属性管理。例如,基站可以是GSM或CDMA中的基站(BTS,Base Transceiver Station),也可以是WCDMA中的基站(NodeB),还可以是LTE中的演进型基站(NodeB或eNB或e-NodeB,evolutional Node B),本发明实施例不做限定。
[0057]
其中,接收端设备D主要用于收发信号,比如发送人工噪声信号以及接收有用信号等,该目标端设备D可以为基站。
[0058]
其中,窃听设备E主要用于监听发射端设备S i发送给接收端设备D的信号,以及监听接收端设备D发送给发射端设备S i的信号,并根据接收到的信号调整自身的波束成型器,该窃听设备E可以包括但不限于基站、用户设备、通信车等。
[0059]
在图1所示的分布式安全通信系统中,接收端设备D的坐标表示为(0,r D),窃听端设备E的坐标表示为(r E sinθ E,r E cosθ E),其中θ E表示在图1所示的坐标下,窃听端设备E与y轴之间的夹角。N个已经经过频率同步的分布式发射端设备随机分布在半径为r S的圆中,同时这些发射端设备的分布规律符合均匀分布,即每一个分布式发射端设备在圆中任一位置出现的概率相同。其中,第i个发射端设备S i(i=1,2,K,N)的坐标可以表示为 因此,第i个发射端设备到接收端设备D的自由空间路径损耗为 式中λ表示载波波长, 表示第i个发射端设备到接收端设备D的距离。 表示第i个发射端设备到接收端设备D的信道衰落。 表示第i个发射端设备到窃听端设备E的自由空间路径损耗,式中 表示第i个发射端设备到窃听端设备E的距离, 表示第i个发射端设备到窃听端设备E的信道衰落。L DE=λ/4πd DE表示接收端设备D与窃听端设备E之间的自由空间路径损耗, 则表示接收端设备D与窃听端设备E之间的距离。h DE则表示接收端设备D与窃听端设备E之间的信道衰落。类似于以上的定义方法, 分别表示接收端设备D在发送反馈信号时与第i个发射端设备间的自由空间路径损耗、距离以及信道衰落。
[0060]
其中,任一分布式发射端设备S i(i=1,2,K,N)与接收端设备D都装备全向单天线,窃听端设备E上则装备了多天线阵列以获取更多的信道方向信息,从而提升窃听端设备E自身的窃听容量,例如通过估计分布式发射端设备与接收端设备D之间的到达角(Direction of Arrival)以设计自身的波束成型器。
[0061]
在图1所示的分布式安全通信系统中,每个发射端设备可以在第n时隙向所述接收端设备发送携带有第一人工噪声信号的第一信号,所述第一人工噪声信号用于干扰所述窃听端设备对第一信道方向信息的估计准确度;接收端设备接收到每个发射端设备发送的携带有第一人工噪声信号的第一信号之后,就可以根据第一信号向发射端设备发送携带有第二人工噪声信号的反馈信号,所述第二人工噪声信号用于干扰所述窃听端设备对第二信道方向信息的估计准确度;发射端设备接收到所述接收端设备针对多个所述第一信号返回的反馈信号之后,根据所述反馈信号,调整第(n+1)时隙向所述接收端设备发送第三人工噪声信号的发射权值,以使所述第三人工噪声信号在所述接收端设备的干扰功率最小,从而可以提高分布式安全通信系统的安全性。
[0062]
请参阅图2,图2是本发明实施例公开的一种基于人造噪声的分布式安全波束成型方法的流程示意图。其中,该基于人造噪声的分布式安全波束成型方法应用于分布式安全通信系统包括的发射端设备,如图2所示,该基于人造噪声的分布式安全波束成型方法可以包括以下步骤:
[0063]
步骤201、发射端设备在第n时隙向所述接收端设备发送携带有第一人工噪声信号的第一信号。
[0064]
其中,所述第一人工噪声信号用于干扰所述窃听端设备对第一信道方向信息的估计准确度;所述第n时隙为当前时隙,所述n为正整数。
[0065]
其中,所述第一信号还包括保密信息,其中,针对同一个时隙,每个所述发射端设备发送的所述保密信息相同且所述保密信息的发射功率相同,每个所述发射端设备发送第一人工噪声信号的发射功率相同,且所述保密信息的发射功率与所述第一人工噪声信号的发射功率的和值小于或等于预设阈值。
[0066]
本发明实施例中,发射端设备在第n时隙向所述接收端设备发送携带有第一人工噪声信号的第一信号可以表示为:
[0067]
[数0001]


[0068]
其中,x C[n]表示第n个时隙内发送的保密信息,每一个分布式发射端设备在每个时隙内发送的保密信息是相同的, 表示第i个分布式发射端设备发送保密信息的功率, 表示第i个分布式发射端设备发送的第一人造噪声信号,它服从均值为0,方差为1的高斯分布, 表示第i个发射端设备发送第一人造噪声 的功率。其中,所有分布式发射端设备在每一个时隙内发送保密信息x C[n]的功率相同,发送第一人造噪声ξ S,i[n]的功率相同,且它们满足如下条件:
[0069]
[数0002]


[0070]
其中P T表示每一个分布式发射端设备发送保密信息x C[n]与第一人造噪声 功率之和的上限。 表示第i个分布式发射端设备发送第一人造噪声ξ S,i[n]的发射权值。当对每一个分布式发射端设备的发射相位进行优化时,该发射权值可表示为
[0071]
步骤202、发射端设备接收所述接收端设备针对多个所述第一信号返回的反馈信号。
[0072]
其中,所述反馈信号包括第二人工噪声信号,所述第二人工噪声信号用于干扰所述窃听端设备对第二信道方向信息的估计准确度。
[0073]
第i个分布式发射端设备S i接收到的反馈信号可以表示为:
[0074]
[数0003]


[0075]
其中,x D[n]为接收端设备确定的反馈信号, P C2表示接收端设备D反馈单比特控制信号x B[n]的发射功率,P ξ2表示接收端设备D发射第二人工噪声信号ξ D[n]的功率,ξ D[n]~CN(0,1)。 表示接收端设备D与第i个分布式发射端设备S i之间的未知相位,它服从[0,2π)间的均匀分布, 表示接收端设备D与第i个分布式发射端设备S i之间反馈控制信号时信道的相位响应, 表示第i个分布式发射端设备上的加性高斯白噪声。
[0076]
可选的,在接收端设备D接收保密信息的同时,窃听端设备E也在窃取保密信息,当窃听端设备E装备M根接收天线时,窃听端设备E的接收向量可以表示为:
[0077]
[0078]
其中 表示第i个发射端设备S i到窃听端设备E的到达角, 表示窃听端设备E上对应的天线导向矢量(Steering Vector)。 表示第i个分布式发射端设备S i与窃听端设备E之间的未知相位, 表示第i个分布式发射端设备S i与窃听端设备E之间的相位响应。 是窃听端设备E上的接收噪声矢量,它服从分布ε E1[n]~CN(0,Φ E1),其中Φ E1∈□ M×M是对角矩阵,主对线上的每一个元素代表窃听端设备E每一根接收天线上加性高斯白噪声的方差。窃听端设备E装备多天线时,可以根据零陷角度的方向对接收信号y E1[n]建立波束成型器,且输出可以表示为:
[0079]
[数0004]


[0080]
其中w 1∈□ M×1表示窃听端设备E上波束成型器的权值向量,w 1对应于 其中, 为窃听端设备上接收到的人工噪声信号的零陷角度,θ为固定值, 为对 的估计误差。
[0081]
根据窃听端E上的接收信号,窃听端E在第一阶段的接收信干噪比可以 表示为:
[0082]
[数0005]


[0083]
窃听端E在第一阶段的窃听容量R E[n]可以表示为:
[0084]
R E[n]=log 2(1+SINR E1[n])
[0085]
其中,窃听容量R E[n]为发射端设备与窃听端设备之间的互信息量。
[0086]
由此可见,监听端设备E上的窃听容量R E[n]主要取决于监听端设备E对所有分布式发射端设备在第n时隙产生的第一人工噪声信号的零陷角度 的估计准确度。
[0087]
步骤203、发射端设备根据所述反馈信号,调整第(n+1)时隙向所述接收端设备发送第三人工噪声信号的发射权值,以使所述第三人工噪声信号在所述接收端设备的干扰功率最小。
[0088]
其中,所述第(n+1)时隙为所述当前时隙的下一个时隙,所述n为正整数。其中,针对同一个时隙,每个所述发射端设备发送第三人工噪声信号的发射功率相同。
[0089]
具体的,所述反馈信号还包括控制信号,所述发射端设备根据所述反馈信号,调整第(n+1)时隙向所述接收端设备发送第三人工噪声信号的发射权值包括:
[0090]
对所述反馈信号进行解码,获得所述反馈信号携带的控制信号;
[0091]
根据所述控制信号,调整第(n+1)时隙向所述接收端设备发送第三人工噪声信号的发射权值。
[0092]
在该实施例中,每个分布式发射端设备在收到反馈信号 后,需要对其进行解码,从而获得接收端设备D反馈的单比特控制信号 以此来控制每个分布式发射端设备在第(n+1)时隙向所述接收端设备发送第三人造噪声 时的发射权值 以使所述第三人工噪声信号在所述接收端设备的干扰功率最小。其中 表示单比特控制信号x B的解码误差。
[0093]
其中,实施图2所描述的方法,发射端设备可以在第n时隙向所述接收端设备发送携带有第一人工噪声信号的第一信号,所述第一人工噪声信号用于干扰所述窃听端设备对第一信道方向信息的估计准确度;进一步地,发射端设备可以接收所述接收端设备针对多个所述第一信号返回的反馈信号,所述反馈信号包括第二人工噪声信号,所述第二人工噪声信号用于干扰所述窃听端设备对第二信道方向信息的估计准确度;更进一步地,发射端设备可以根据所述反馈信号,调整第(n+1)时隙向所述接收端设备发送第三人工噪声信号的发射权值,以使所述第三人工噪声信号在所述接收端设备的干扰功率最小;其中,所述第n时隙为当前时隙,所述第(n+1)时隙为所述当前时隙的下一个时隙,所述n为正整数。可见,实施本发明实施例,发射端设备可以向所述接收端设备发送第一人工噪声信号,以干扰所述窃听端设备对第一信道方向信息的估计准确度,接收端设备可以向发射端设备发送携带有第二人工噪声信号的反馈信号,以干扰所述窃听端设备对第二信道方向信息的估计准确度,同时,发射端设备可以根据所述反馈信号,调整第(n+1)时隙向所述接收端设备发送第三人工噪声信号的发射权值,使得所述第三人工噪声信号在所述接收端设备的干扰功率最小,从而能够提高通信系统的保密性能。
[0094]
请参阅图3,图3是本发明实施例公开的另一种基于人造噪声的分布式安全波束成型方法的流程示意图。其中,该基于人造噪声的分布式安全波束成型方法应用于分布式安全通信系统包括的接收端设备,如图3所示,该基于人造噪声的分布式安全波束成型方法可以包括以下步骤:
[0095]
步骤301、接收端设备在第n时隙接收多个所述发射端设备发送的第一信号。
[0096]
其中,所述第一信号包括第一人工噪声信号。所述第一人工噪声信号用于干扰所述窃听端设备对第一信道方向信息的估计准确度。
[0097]
本发明实施例中,发射端设备在第n时隙向所述接收端设备发送携带有第一人工噪声信号的第一信号可以表示为:
[0098]
[数0006]


[0099]
其中,x C[n]表示第n个时隙内发送的保密信息,每一个分布式发射端设备在每个时隙内发送的保密信息是相同的, 表示第i个分布式发射端设备发送保密信息的功率, 表示第i个分布式发射端设备发送的第一人造噪声信号,它服从均值为0,方差为1的高斯分布, 表示第i个发射端设备发送第一人造噪声 的功率。其中,所有分布式发射端设备在每一个时隙内发送保密信息x C[n]的功率相同,发送第一人造噪声ξ S,i[n]的功率相同,且它们满足如下条件:
[0100]
[数0007]


[0101]
其中P T表示每一个分布式发射端设备发送保密信息x C[n]与第一人造噪声ξ S,i[n]功率之和的上限。 表示第i个分布式发射端设备发送第一人造噪声ξ S,i[n]的发射权值。当对每一个分布式发射端设备的发射相位进行优化时,该发射权值可表示为
[0102]
本发明实施例中,接收端设备在第n时隙接收多个所述发射端设备发送的第一信号,可以表示为
[0103]
[数0008]


[0104]
其中 表示合法接收端D上的加性高斯白噪声(Additive White Gaussian Noise), 表示第i个分布式发射节点S i与合法接收端D之间的未知相位,它服从[0,2π)间的均匀分布, 表示第i个发射节点S i与合法接收端D之间第一阶段信道的相位响应。
[0105]
接收端设备在第n时隙的信干噪比可表示为:
[0106]
[数0009]


[0107]
第n时隙发射端设备与接收端设备之间的互信息量R D[n]可以表示为:
[0108]
R D[n]=log 2(1+SINR D[n])
[0109]
接收端设备D上的安全容量R S[n]可以表示为:
[0110]
R S[n]=[R D[n]-R E[n]] +
[0111]
其中,[x] +□max{0,x},即保证合法接收端设备D上可实现的安全容量R S≥0。
[0112]
步骤302、接收端设备根据多个所述第一信号,确定反馈信号。
[0113]
其中,所述反馈信号包括第二人工噪声信号,所述第二人工噪声信号用于干扰所述窃听端设备对第二信道方向信息的估计准确度,所述反馈信号用于所述发射端设备调整第(n+1)时隙向所述接收端设备发送第三人工噪声信号的发射权值。
[0114]
具体的,所述接收端设备根据多个所述第一信号,确定反馈信号包括:
[0115]
根据多个所述第一信号,确定所述接收端设备在第n时隙的第一信干噪比SINR;
[0116]
将所述第一SINR与存储的第n时隙的第二SINR进行比较,获得比较结果;
[0117]
根据所述比较结果,确定反馈信号。
[0118]
本发明实施例中,所述接收端设备在第n时隙确定第一信干噪比SINR之后,所述接收端设备可以将所述第一SINR与存储的第n时隙的第二SINR进行比较,获得比较结果,若比较结果表示所述第一SINR大于所述第二SINR,则确定用于表示所述第一SINR相较于所述第二SINR提升的反馈信号;若比较结果表示所述第一SINR小于或等于所述第二SINR,则确定用于表示所述第一SINR相较于所述第二SINR未提升的反馈信号。
[0119]
具体的,接收端设备确定的反馈信号可以表示为:
[0120]
[数0010]


[0121]
其中P C2表示接收端设备D反馈单比特控制信号x B[n]的发射功率,P ξ2表示接收端设备D发射第二人工噪声信号ξ D[n]的功率,ξ D[n]~CN(0,1)。其中, 接收端设备只需要反馈单比特控制信号,能够节省网络资源。
[0122]
可选的,所述基于人造噪声的分布式安全波束成型方法还可以包括:
[0123]
接收端设备将所述第一SINR与所述第二SINR中较大的SINR存储为所述接收端设备第(n+1)时隙的SINR;其中,所述第(n+1)时隙为所述当前时隙的下一个时隙。
[0124]
步骤303、接收端设备向多个所述发射端设备发送所述反馈信号。
[0125]
其中,实施图3所描述的方法,接收端设备可以在第n时隙接收多个所述发射端设备发送的第一信号,并根据多个所述第一信号,确定反馈信号,其中,所述反馈信号包括第二人工噪声信号,所述第二人工噪声信号用于干扰所述窃听端设备对第二信道方向信息的估计准确度,所述反馈信号用于所述发射端设备调整第(n+1)时隙向所述接收端设备发送第三人工噪声信号的发射权值,以使所述第三人工噪声信号在所述接收端设备的干扰功率最小,从而提高分布式安全通信系统的安全性。
[0126]
参阅图4,图4是本发明实施例公开的另一种基于人造噪声的分布式安全波束成型方法的流程示意图。其中,该基于人造噪声的分布式安全波束成型方法是从发射端设备以及接收端设备两侧来描述的,图4中的部分或全部步骤可以参照图2或图3中的描述,在此不再赘述。如图4所示,该基于人造噪声的分布式安全波束成型方法可以包括以下步骤:
[0127]
步骤401、发射端设备在第n时隙向所述接收端设备发送携带有第一人工噪声信号的第一信号。
[0128]
步骤402、接收端设备根据多个所述第一信号,确定反馈信号。
[0129]
步骤403、接收端设备向多个所述发射端设备发送所述反馈信号。
[0130]
步骤404、发射端设备根据所述反馈信号,调整第(n+1)时隙向所述接收端设备发送第三人工噪声信号的发射权值。
[0131]
请一并参见图5及图6,其中,图5是本发明实施例公开的一种人工噪声信号在不同估计误差下的收敛示意图;图6是本发明实施例公开的一种分布式安全通信系统的保密容量的收敛示意图。如图5及图6所示,窃听端设 备接收到的人工噪声信号的接收信号强度(Received Signal Strength,RSS)在不同估计误差下的收敛情况不同,估计误差越大,RSS越大,越容易干扰窃听端设备对信道方向信息的估计准确度,分布式安全通信系统的保密容量越大,即分布式安全通信系统的安全性就越高。
[0132]
在图4所描述的方法流程中,每个发射端设备可以在第n时隙向所述接收端设备发送携带有第一人工噪声信号的第一信号,所述第一人工噪声信号用于干扰所述窃听端设备对第一信道方向信息的估计准确度;接收端设备接收到每个发射端设备发送的携带有第一人工噪声信号的第一信号之后,就可以根据第一信号向发射端设备发送携带有第二人工噪声信号的反馈信号,所述第二人工噪声信号用于干扰所述窃听端设备对第二信道方向信息的估计准确度;发射端设备接收到所述接收端设备针对多个所述第一信号返回的反馈信号之后,根据所述反馈信号,调整第(n+1)时隙向所述接收端设备发送第三人工噪声信号的发射权值,以使所述第三人工噪声信号在所述接收端设备的干扰功率最小,从而可以提高分布式安全通信系统的安全性。
[0133]
请参阅图7,图7是本发明实施例公开的一种分布式安全波束成型装置的结构示意图。其中,图7所描述的分布式安全波束成型装置可以行于分布式安全通信系统包括的发射端设备,图7所描述的分布式安全波束成型装置可以用于执行图2或图4所描述的基于人造噪声的分布式安全波束成型方法中的部分或全部步骤,具体请参见图2或图4中的相关描述,在此不再赘述。如图7所示,该分布式安全波束成型装置可以包括:
[0134]
发送单元701,用于在第n时隙向所述接收端设备发送携带有第一人工噪声信号的第一信号,所述第一人工噪声信号用于干扰所述窃听端设备对第一信道方向信息的估计准确度;
[0135]
接收单元702,用于接收所述接收端设备针对多个所述第一信号返回的反馈信号,所述反馈信号包括第二人工噪声信号,所述第二人工噪声信号用于干扰所述窃听端设备对第二信道方向信息的估计准确度;
[0136]
调整单元703,用于根据所述反馈信号,调整第(n+1)时隙向所述接收 端设备发送第三人工噪声信号的发射权值,以使所述第三人工噪声信号在所述接收端设备的干扰功率最小;
[0137]
其中,所述第n时隙为当前时隙,所述第(n+1)时隙为所述当前时隙的下一个时隙,所述n为正整数。
[0138]
其中,所述调整单元703根据所述反馈信号,调整第(n+1)时隙向所述接收端设备发送第三人工噪声信号的发射权值包括:
[0139]
对所述反馈信号进行解码,获得所述反馈信号携带的控制信号;
[0140]
根据所述控制信号,调整第(n+1)时隙向所述接收端设备发送第三人工噪声信号的发射权值。
[0141]
其中,所述第一信号还包括保密信息,其中,针对同一个时隙,每个所述发射端设备发送的所述保密信息相同且所述保密信息的发射功率相同,每个所述发射端设备发送人工噪声信号的发射功率相同,且所述保密信息的发射功率与所述人工噪声信号的发射功率的和值小于或等于预设阈值。
[0142]
其中,实施图7所描述的分布式安全波束成型装置,发射端设备可以向所述接收端设备发送第一人工噪声信号,以干扰所述窃听端设备对第一信道方向信息的估计准确度,接收端设备可以向发射端设备发送携带有第二人工噪声信号的反馈信号,以干扰所述窃听端设备对第二信道方向信息的估计准确度,同时,发射端设备可以根据所述反馈信号,调整第(n+1)时隙向所述接收端设备发送第三人工噪声信号的发射权值,使得所述第三人工噪声信号在所述接收端设备的干扰功率最小,从而能够提高通信系统的保密性能。
[0143]
请参阅图8,图8是本发明实施例公开的另一种分布式安全波束成型装置的结构示意图。其中,图8所描述的分布式安全波束成型装置运行于分布式安全通信系统包括的接收端设备,图8所描述的分布式安全波束成型装置可以用于执行图3或图4所描述的基于人造噪声的分布式安全波束成型方法中的部分或全部步骤,具体请参见图3或图4中的相关描述,在此不再赘述。如图8所示,该分布式安全波束成型装置可以包括:
[0144]
接收单元801,用于在第n时隙接收多个所述发射端设备发送的第一信 号,所述第一信号包括第一人工噪声信号,所述第一人工噪声信号用于干扰所述窃听端设备对第一信道方向信息的估计准确度;
[0145]
确定单元802,用于根据多个所述第一信号,确定反馈信号,其中,所述反馈信号包括第二人工噪声信号,所述第二人工噪声信号用于干扰所述窃听端设备对第二信道方向信息的估计准确度,所述反馈信号用于所述发射端设备调整第(n+1)时隙向所述接收端设备发送第三人工噪声信号的发射权值。
[0146]
其中,所述确定单元802根据多个所述第一信号,确定反馈信号包括:
[0147]
根据多个所述第一信号,确定所述接收端设备在第n时隙的第一信干噪比SINR;
[0148]
将所述第一SINR与存储的第n时隙的第二SINR进行比较,获得比较结果;
[0149]
根据所述比较结果,确定反馈信号。
[0150]
其中,实施图8所描述的分布式安全波束成型装置,接收端设备可以在第n时隙接收多个所述发射端设备发送的第一信号,并根据多个所述第一信号,确定反馈信号,其中,所述反馈信号包括第二人工噪声信号,所述第二人工噪声信号用于干扰所述窃听端设备对第二信道方向信息的估计准确度,所述反馈信号用于所述发射端设备调整第(n+1)时隙向所述接收端设备发送第三人工噪声信号的发射权值,以使所述第三人工噪声信号在所述接收端设备的干扰功率最小,从而提高分布式安全通信系统的安全性。
[0151]
在上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详述的部分,可以参见其他实施例的相关描述。
[0152]
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的装置,可通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以 是电性或其它的形式。
[0153]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0154]
另外,在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0155]
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储器中。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储器中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储器包括:U盘、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0156]
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成,该程序可以存储于一计算机可读存储器中,存储器可以包括:闪存盘、只读存储器(英文:Read-Only Memory,简称:ROM)、随机存取器(英文:Random Access Memory,简称:RAM)、磁盘或光盘等。
[0157]
以上对本发明实施例公开的一种基于人造噪声的分布式安全波束成型方法及装置进行了详细介绍,本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对 本发明的限制。

权利要求书

[权利要求 1]
一种基于人造噪声的分布式安全波束成型方法,其特征在于,应用于分布式安全通信系统包括的发射端设备,所述分布式安全通信系统包括多个所述发射端设备、接收端设备以及窃听端设备,所述方法包括: 在第n时隙向所述接收端设备发送携带有第一人工噪声信号的第一信号,所述第一人工噪声信号用于干扰所述窃听端设备对第一信道方向信息的估计准确度; 接收所述接收端设备针对多个所述第一信号返回的反馈信号,所述反馈信号包括第二人工噪声信号,所述第二人工噪声信号用于干扰所述窃听端设备对第二信道方向信息的估计准确度; 根据所述反馈信号,调整第(n+1)时隙向所述接收端设备发送第三人工噪声信号的发射权值,以使所述第三人工噪声信号在所述接收端设备的干扰功率最小; 其中,所述第n时隙为当前时隙,所述第(n+1)时隙为所述当前时隙的下一个时隙,所述n为正整数。
[权利要求 2]
根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述反馈信号还包括控制信号,所述根据所述反馈信号,调整第(n+1)时隙向所述接收端设备发送第三人工噪声信号的发射权值包括: 对所述反馈信号进行解码,获得所述反馈信号携带的控制信号; 根据所述控制信号,调整第(n+1)时隙向所述接收端设备发送第三人工噪声信号的发射权值。
[权利要求 3]
根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述第一信号还包括保密信息,其中,针对同一个时隙,每个所述发射端设备发送的所述保密信息相同且所述保密信息的发射功率相同,每个所述发射端设备发送人工噪声信号的发射功率相同,且所述保密信息的发射功率与所述人工噪声信号的发射功率的和值小于或等于预设阈值。
[权利要求 4]
一种基于人造噪声的分布式安全波束成型方法,其特征在于,应用于分布式安全通信系统包括的接收端设备,所述分布式安全通信系统还包括多个发射端设备以及窃听端设备,所述方法包括: 在第n时隙接收多个所述发射端设备发送的第一信号,所述第一信号包括第一人工噪声信号,所述第一人工噪声信号用于干扰所述窃听端设备对第一信道方向信息的估计准确度; 根据多个所述第一信号,确定反馈信号,其中,所述反馈信号包括第二人工噪声信号,所述第二人工噪声信号用于干扰所述窃听端设备对第二信道方向信息的估计准确度,所述反馈信号用于所述发射端设备调整第(n+1)时隙向所述接收端设备发送第三人工噪声信号的发射权值; 向多个所述发射端设备发送所述反馈信号。
[权利要求 5]
根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述根据多个所述第一信号,确定反馈信号包括: 根据多个所述第一信号,确定所述接收端设备在第n时隙的第一信干噪比SINR; 将所述第一SINR与存储的第n时隙的第二SINR进行比较,获得比较结果; 根据所述比较结果,确定反馈信号。
[权利要求 6]
一种分布式安全波束成型装置,其特征在于,运行于分布式安全通信系统包括的发射端设备,包括: 发送单元,用于在第n时隙向所述接收端设备发送携带有第一人工噪声信号的第一信号,所述第一人工噪声信号用于干扰所述窃听端设备对第一信道方向信息的估计准确度; 接收单元,用于接收所述接收端设备针对多个所述第一信号返回的反馈信号,所述反馈信号包括第二人工噪声信号,所述第二人工噪声信号用于干扰所述窃听端设备对第二信道方向信息的估计准确度; 调整单元,用于根据所述反馈信号,调整第(n+1)时隙向所述接收端设备发送第三人工噪声信号的发射权值,以使所述第三人工噪声信号在所述接收端设备的干扰功率最小; 其中,所述第n时隙为当前时隙,所述第(n+1)时隙为所述当前时隙的下一个时隙,所述n为正整数。
[权利要求 7]
根据权利要求6所述的分布式安全波束成型装置,其特征在于,所述反馈信号还包括控制信号,所述调整单元根据所述反馈信号,调整第(n+1)时隙向所述接收端设备发送第三人工噪声信号的发射权值包括: 对所述反馈信号进行解码,获得所述反馈信号携带的控制信号; 根据所述控制信号,调整第(n+1)时隙向所述接收端设备发送第三人工噪声信号的发射权值。
[权利要求 8]
根据权利要求6或7所述的分布式安全波束成型装置,其特征在于,所述第一信号还包括保密信息,其中,针对同一个时隙,每个所述发射端设备发送的所述保密信息相同且所述保密信息的发射功率相同,每个所述发射端设备发送人工噪声信号的发射功率相同,且所述保密信息的发射功率与所述人工噪声信号的发射功率的和值小于或等于预设阈值。
[权利要求 9]
一种分布式安全波束成型装置,其特征在于,运行于分布式安全通信系统包括的接收端设备,包括: 接收单元,用于在第n时隙接收多个所述发射端设备发送的第一信号,所述第一信号包括第一人工噪声信号,所述第一人工噪声信号用于干扰所述窃听端设备对第一信道方向信息的估计准确度; 确定单元,用于根据多个所述第一信号,确定反馈信号,其中,所述反馈信号包括第二人工噪声信号,所述第二人工噪声信号用于干扰所述窃听端设备对第二信道方向信息的估计准确度,所述反馈信号用于所述发射端设备调整第(n+1)时隙向所述接收端设备发送第三人工噪声信号的发射权值; 发送单元,用于向多个所述发射端设备发送所述反馈信号。
[权利要求 10]
根据权利要求9所述的分布式安全波束成型装置,其特征在于,所述确定单元根据多个所述第一信号,确定反馈信号包括: 根据多个所述第一信号,确定所述接收端设备在第n时隙的第一信干噪比SINR; 将所述第一SINR与存储的第n时隙的第二SINR进行比较,获得比较结果; 根据所述比较结果,确定反馈信号。

附图

[ 图 0001]   [根据细则26改正 21.08.2017] 
[ 图 0002]
[ 图 0003]
[ 图 0004]
[ 图 0005]   [根据细则26改正 21.08.2017] 
[ 图 0006]   [根据细则26改正 21.08.2017] 
[ 图 0007]
[ 图 0008]