CN105450327A

CN105450327A - 一种物理层安全的无线携能通信方法

Info

Publication number: CN105450327A
Application number: CN201510883707.6A
Authority: CN
Inventors: 陈宏滨; 赵峰; 李春海; 陈泓渊; 常怡亮; 苗彦涛
Original assignee: Guilin University of Electronic Technology
Current assignee: Guilin University of Electronic Technology
Priority date: 2015-12-07
Filing date: 2015-12-07
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2035-12-07
Also published as: CN105450327B

Abstract

本发明公开了一种物理层安全的无线携能通信方法，所述方法包括：通信系统中至少含有一个合法接入点、一个合法用户、一个窃听者和一个干扰窃听者的干扰方；合法接入点先向合法用户发送一个能量信号，合法用户从接收信号中获取能量，同时干扰方发送一个伪周期信号；合法用户向合法接入点发送一个信息信号，同时干扰方发送一个与信息信号反相的信号，合法接入点根据信息信号的先验信息从接收到的信号中提取出信息信号。本发明将物理层安全通信和无线携能通信结合，巧妙利用能量信号和信息信号的差别让干扰方发射对应的干扰信号，从而有效干扰窃听者又保障能量受限用户到接入点的数据传送顺利进行，适用于不经过数据加密的无线携能通信系统。

Description

一种物理层安全的无线携能通信方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种物理层安全的无线携能通信方法。

背景技术

以往信息安全主要从计算机网络协议和数据加密着手，如今无线通信的物理层安全越发引起重视和关注。无线通信媒质是开放的，任何非法用户都可能窃听到合法用户的信息，进而扰乱合法用户的正常通信，在无线携能通信系统中，能量接收机和其它非法用户都可能窃听信息信号。

为了防止信息信号被窃听，人们提出了很多种物理层安全通信模型和方法，通常的做法是干扰方发送人工噪声信号去干扰非法窃听者获取合法用户的信息。在无线携能通信系统中，人们分析了能量接收机窃听信息信号时的安全容量，并且提出了多种物理层安全的无线信息和能量同时传输方案。实际上在无线携能通信系统中能量信号和信息信号存在差异，如果在能量信号和信息信号发送的不同阶段都让干扰方发送人工噪声信号，就没有很好利用能量信号和信息信号的差异性，不能对窃听者形成更有效的干扰。

发明内容

针对物理层安全的无线携能通信系统中，目前没有考虑能量信号和信息信号的差异性，本发明提供一种物理层安全的无线携能通信方法，能够在有效干扰窃听者的同时保障能量受限用户到接入点的数据传送可靠性。

本发明技术方案如下：

物理层安全的无线携能通信系统中有一个合法接入点和合法用户，还有一个非法窃听者和干扰窃听者的干扰方。用户没有外部能量源，要向接入点传送数据，接入点和用户之间的信号传输采用先能量获取再信息传输协议，窃听者知道这个协议，但是不知道能量信号和信息信号哪个先发送，干扰方则知道能量信号和信息信号的发送顺序。如图1a所示，接入点先向用户发送一个能量信号e(t)，它被窃听者接收到，为了让窃听者造成错觉误以为是信息信号，干扰方发送一个伪周期信号r(t)，它同时被用户和窃听者接收到，用户从接收信号获取能量。窃听者不知道接入点发送的是能量信号，将接收信号当作信息信号进行解码。如图1b所示，用户向接入点发送一个信息信号s(t)，它被窃听者接收到，同样，为了让窃听者造成错觉误以为是能量信号，干扰方发送一个和信息信号反相的信号它同时被接入点和窃听者接收到，接入点根据信息信号的先验信息从接收信号中提取出信息信号。窃听者在前面已经进行信息解码，又将接收信号误认为是能量信号，从而错过窃听信息信号的机会。

附图说明

图1a、1b为物理层安全的无线携能通信系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1a所示，接入点向用户发送一个能量信号e(t)，同时干扰方发送一个伪周期信号r(t)。用户和窃听者的接收信号分别表示为：

x (t) = \sqrt{P_{T}} h_{T R} e (t) + \sqrt{P_{J}} h_{J R} r (t) + v (t);

y (t) = \sqrt{P_{T}} h_{T E} e (t) + \sqrt{P_{J}} h_{J E} r (t) + w (t);

其中：P_T和P_J分别是接入点和干扰方的发射功率，h_TR是接入点到用户的信道系数，h_JR是干扰方到用户的信道系数，h_TE是接入点到窃听者的信道系数，h_JE是干扰方到窃听者的信道系数，v(t)和w(t)是均值为零、方差为σ²的加性高斯白噪声。用户从接收信号x(t)获取能量，窃听者将接收信号y(t)当作信息信号进行解码。

如图1b所示，用户向接入点发送一个信息信号s(t)，同时干扰方发送一个和信息信号反相的信号接入点和窃听者的接收信号分别表示为：

z (t) = \sqrt{P_{T}} h_{T R} s (t) + \sqrt{P_{J}} h_{J R} \tilde{s} (t) + u (t);

q (t) = \sqrt{P_{T}} h_{T E} s (t) + \sqrt{P_{J}} h_{J E} \tilde{s} (t) + ω (t);

其中：设发射功率和信道系数保持不变，u(t)和ω(t)是均值为零、方差为σ²的加性高斯白噪声，接入点根据信息信号s(t)的先验信息从接收信号z(t)中提取出信息信号s(t)，窃听者将接收信号q(t)误认为是能量信号。

本发明的有益效果：本发明将物理层安全通信和无线携能通信结合，巧妙利用能量信号和信息信号的差别让干扰方发射对应的干扰信号，从而有效干扰窃听者又保障能量受限用户到接入点的数据传送顺利进行，适用于不经过数据加密的无线携能通信系统。

Claims

1.一种物理层安全的无线携能通信方法，所述方法包括：

通信系统中至少分别含有一个合法接入点、一个合法用户、一个窃听者和一个干扰窃听者的干扰方；

合法接入点先向合法用户发送一个能量信号，合法用户从接收信号中获取能量，同时干扰方发送一个伪周期信号；

合法用户向合法接入点发送一个信息信号，同时干扰方发送一个与信息信号反相的信号，合法接入点根据信息信号的先验信息从接收到的信号中提取出信息信号。

2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：

合法用户的接收信号表示为

x (t) = \sqrt{P_{T}} h_{T R} e (t) + \sqrt{P_{J}} h_{J R} r (t) + v (t);

合法接入点向合法用户发送能量信号和干扰方发送伪周期信号的过程中，窃听者的接收信号表示为

y (t) = \sqrt{P_{T}} h_{T E} e (t) + \sqrt{P_{J}} h_{J E} r (t) + w (t);

式中：e(t)为合法接入点向合法用户发送的能量信号；r(t)为干扰方发送的伪周期信号；P_T和P_J分别是合法接入点和干扰方的发射功率；h_TR是合法接入点到合法用户的信道系数；h_JR是干扰方到合法用户的信道系数；h_TE是合法接入点到窃听者的信道系数；h_JE是干扰方到窃听者的信道系数；v(t)和w(t)都是均值为零、方差为σ²的加性高斯白噪声。

3.根据权利要求2所述的方法，所述方法还包括：

合法接入点的接收信号表示为

z (t) = \sqrt{P_{T}} h_{T R} s (t) + \sqrt{P_{J}} h_{J R} \tilde{s} (t) + u (t);

合法用户向合法接入点发送信息信号和干扰方发送与信息信号反相的信号过程中，窃听者的接收信号表示为

q (t) = \sqrt{P_{T}} h_{T E} s (t) + \sqrt{P_{J}} h_{J E} \tilde{s} (t) + ω (t);

式中：s(t)为合法用户向合法接入点发送的信息信号，为干扰方发送的和信息信号反相的信号；u(t)和ω(t)都是均值为零、方差为σ²的加性高斯白噪声。

4.根据权利要求1、2或3所述的方法，所述方法还包括：合法接入点与合法用户之间的信号传输采用先能量获取再信息传输协议。