CN109889247B - 适用于窄带物联网的低开销动态反馈安全传输方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种适用于窄带物联网的低开销动态反馈安全传输方法及系统。本发明利用上一时隙的信道向量判断是否能够传输，在能够传输时直接按照上一时隙的信道状况进行传输；而在不能够传输时，进一步通过当前时隙的信道向量判断当前时隙是否能够传输。经过如此方式的二次判断后，本发明仅在当前时隙的信道向量能够传输时才反馈当前时隙的量化信道向量

因而减少了反馈量化信道向量

的次数，降低了CSI反馈信令开销，并同时，充分利用信道前后性质的相关度保证当前时隙的传输效率。本发明由此采用相应的波束赋形传输维纳编码后的信号x，来增强合法用户通信质量，同时采用动态反馈方案降低波束赋形过程中的反馈开销，对硬件资源要求低，操作简单，容易工程应用。

Description

适用于窄带物联网的低开销动态反馈安全传输方法及系统

技术领域

本发明涉及窄带物联网通讯领域，具体而言涉及一种适用于窄带物联网的低开销动态反馈安全传输方法及系统。

背景技术

随着移动通信技术的快速发展，面向个人和行业的移动应用越来越普及，移动通信相关产业生态正逐渐发生变化。第5代移动通信(5G，5th Generation MobileCommunication)和B5G(Beyond 5G)通信将不仅关注人与人的通信，更要关注物与物的通信。正如《5G概念白皮书》所言，物联网作为5G的一个主要应用场景，将连接海量的移动终端设备，打破以人为中心的传统通信方式，构建一个泛在连接网络，其应用将涉及到人们的休闲、娱乐、办公、生活、购物、医疗、出行、旅游等各个方面，这种泛在化的网络特性将使得万物互联成为可能。3GPP标准组织提出的窄带物联网(NB-IoT，Narrow-Band Internet ofThings)技术作为物联网研究中的一个热点，其核心是利用蜂窝通信技术实现低耗流(低功耗、低速率)感知终端的连接，因而具有大连接、广覆盖、低功耗和低成本等优势，引起了业界的广泛关注。特别地，窄带物联网可借助现有蜂窝系统的基础设施而组网，进而得到迅速发展。

然而，窄带物联网连接的大量智能无线设备在给人们带来便捷生活的同时，也时刻“监控”着人们的日常生活，包括实时位置、导航记录、日程安排、健康状态、个人账户等隐私信息。如果窄带物联网的无线通信安全不能得到保证的话，这些私密信息就会有被非法窃听的危险，窃听者通过采集这些信息便可以直接或间接地追溯到设备使用者方方面面的信息。用户的隐私由此受到严重威胁，通讯安全问题凸现。

现有的通信安全机制建立在计算密码学的基础之上。受限于窄带物联网自身的特点，基于计算复杂度的安全密钥体制很难用来保证窄带物联网的无线通信安全。与现有的安全密钥机制不同，物理层安全技术另辟蹊径，在物理层上提供了一种基于无线信道物理特性的安全通信方案。早在1975年，Wyner便提出了物理层安全传输理论，论证了在物理层上采用信道编码技术保证信息安全传输的可行性。但由于编码技术发展的迟滞，直到本世纪初，物理层安全技术的研究论文才如雨后春笋般涌出，涉及领域从多天线技术到协同通信技术，从低密度奇偶校验码到脏纸编码等。

由于体积和硬件成本的限制，窄带物联网所连接的大量移动终端节点一般只能配备单天线，但中心控制器节点由于其本身处理能力的需要往往会配备多天线以获得更高的传输速率和更大的传输覆盖范围。在物理层安全研究领域，多天线技术已成为增强无线传输安全性能的一项关键技术，但多天线技术的安全性能增益是以大量的CSI反馈信令开销为代价的。这就与窄带物联网通讯技术之间产生了矛盾：窄带物联网针对的大多是一些低速率的通信场景，单个节点所能使用的反馈信令资源极为有限，如果以CSI反馈信令开销为代价进行多天线的安全传输，将对窄带物联网硬件配置带来更高要求，CSI反馈信令将占据窄带物联网内传输的大多数资源，这种传输方式实际上难以实现。因此在研究窄带物联网下的物理层安全技术时，低反馈信令开销是一个必须解决的难题。

目前，针对窄带物联网场景下低反馈开销的物理层问题所展开的研究并未见发表。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种适用于窄带物联网的低开销动态反馈安全传输方法及系统，本发明通过动态反馈方案降低波束赋形过程中的反馈开销，传输维纳编码后的信号x，增强合法用户通信质量，且对硬件资源要求低。本发明具体采用如下技术方案。

首先，为实现上述目的，提出一种适用于窄带物联网的低开销动态反馈安全传输方法，其步骤包括：第一步，窄带物联网基站S根据时隙向对应的合法终端用户D_i发送训练序列；第二步，对应的时隙中：若所述窄带物联网基站S接收到相应的合法终端用户D_i根据前一时隙所使用的量化信道向量h′计算而获得的ACK信息，则继续使用该合法终端用户D_i在前一时隙所使用的波束赋形向量w′，跳转至第四步进行波束赋形传输；若所述窄带物联网基站S未接收到相应的ACK信息，则跳转至所述第一步；若所述窄带物联网基站S接收到相应的合法终端用户D_i根据当前时隙所对应的信道向量h计算而获得的反馈量化信道向量

则跳转至第三步计算对应的波束赋形向量w；若所述窄带物联网基站S接收到相应的合法终端用户D_i根据当前时隙所对应的量化信道向量h计算而获得的NACK信息，则停止当前时隙的交互直至下一时隙；第三步，所述波束赋形向量

第四步，对所述合法终端用户的信息采用维纳编码，所述窄带物联网基站S利用该合法终端用户D_i所对应的波束赋形向量发送维纳编码后的信号x，该信号x经过衰落信道传输，供所述合法终端用户D_i译码以获得相应的信息。

可选的，上述的方法中，所述第二步中，所述ACK信息通过如下步骤计算获得：步骤A1，合法终端用户D_i根据前一时隙所使用的量化信道向量h′计算当前时隙的接收信噪比γ_i′；步骤A2，判断步骤A1所获得的当前时隙的接收信噪比γ_i′是否满足γ_i′≥γ_th；若满足，则该合法终端用户D_i向所述窄带物联网基站S反馈ACK信息；否则，该合法终端用户D_i不向所述窄带物联网基站S进行反馈。

可选的，上述的方法中，所述第二步中，合法终端用户D_i根据当前时隙所对应的量化信道向量h计算而获得的反馈量化信道向量

所述NACK信息，具体由以下步骤获得：步骤H1，所述合法终端用户D_i根据当前时隙内所述窄带物联网基站S所发送训练序列估计出当前时隙内S-D_i链路的信道向量为

其中

表示所述窄带物联网基站S的第m根发送天线与所述合法终端用户D_i之间的信道系数；步骤H2，所述合法终端用户D_i对所述信道向量h进行量化，得到反馈量化信道向量

计算当前时隙的接收信噪比γ_i；步骤H3，如果γ_i≥γ_th，则该合法终端用户D_i向所述窄带物联网基站S反馈所述反馈量化信道向量

否则，该合法终端用户D_i向所述窄带物联网基站S反馈NACK信息；所述NACK信息与所述ACK信息所对应的信号互不相同。

可选的，上述的方法中，所述反馈量化信道向量

所包括的比特数由反馈精度

而确定；其中，

表示所述窄带物联网基站S的第m根发送天线与所述合法终端用户D_i之间的信道系数的量化值，a∈{Im,Re}表示取实部或取虚部；所述NACK信息与所述ACK信息分别仅包括有1比特。

可选的，上述的方法中，对所述接收信噪比进行判断的步骤中，γ_th表示所述窄带物联网基站S与所述合法终端用户D_i之间所形成的链路的预定接收信噪比门限，其预设为一固定值。

可选的，上述的方法中，所述接收信噪比

其中P_S表示所述窄带物联网基站S的发送功率，σ²表示所述窄带物联网基站S与所述合法终端用户D_i之间所形成的链路之间的加性高斯白噪声(AWGN, Additive White Gaussian Noise)的功率谱密度。

可选的，上述的方法中，所述维纳编码中，信息码字为(R_t,R_s)，其中R_t和R_s分别为所述合法终端用户的信息传输速率和安全信息传输速率，R_t＞R_s，R_t和R_s为常数；其中，R_t-R_s构成用户的安全信息编码冗余。

同时，为实现上述目的，本发明还提供一种适用于窄带物联网的低开销动态反馈安全传输系统，包括：一个窄带物联网基站S，N个合法终端用户{D_i}，i∈{1,2,…,N}，以及窃听节点E。所述窄带物联网基站S配备有M根天线，各合法终端用户{D_i}分别配置有单根天线；所述窄带物联网基站S被设置为按照如下的方式与各合法终端用户{D_i}之间进行数据交互：步骤1，窄带物联网基站S根据时隙向对应的合法终端用户D_i发送训练序列；步骤2，对应的时隙中：所述合法终端用户D_i根据前一时隙所使用的量化信道向量h′计算当前时隙的接收信噪比γ_i′，在满足γ_i′≥γ_th时向所述窄带物联网基站S反馈ACK信息；所述窄带物联网基站S接收到所述ACK信息后继续使用该合法终端用户D_i在前一时隙所使用的波束赋形向量w′作为所述合法终端用户D_i所对应的波束赋形向量，跳转至步骤5进行波束赋形传输；在不满足γ_i′≥γ_th时，该合法终端用户D_i不向所述窄带物联网基站S进行反馈；所述窄带物联网基站S重新向所述合法终端用户D_i发送训练序列；步骤3，所述合法终端用户D_i根据步骤2中的训练序列估计出当前时隙内S-D_i链路的信道向量为

其中

表示所述窄带物联网基站S的第m根发送天线与所述合法终端用户D_i之间的信道系数，对所述信道向量h进行量化，得到量化信道向量

计算当前时隙的接收信噪比γ_i，在γ_i≥γ_th时，则该合法终端用户D_i向所述窄带物联网基站S反馈所述反馈量化信道向量

跳转至步骤4；否则，该合法终端用户D_i向所述窄带物联网基站S反馈NACK信息，所述窄带物联网基站S停止当前时隙的交互直至下一时隙；步骤4，所述合法终端用户D_i所对应的波束赋形向量

步骤5，对所述合法终端用户的信息采用维纳编码，所述窄带物联网基站S利用该合法终端用户D_i所对应的波束赋形向量发送维纳编码后的信号x，该信号x经过衰落信道传输，供所述合法终端用户D_i译码以获得相应的信息。

可选的，上述的系统中，所述NACK信息对应为1比特的“0”或“1”；所述ACK信息与所述NACK信息相反。

可选的，上述的系统中，所述量化信道向量

的反馈精度为1％时，所述反馈量化信道向量

包括有至少16比特。

有益效果

本发明，利用上一时隙的信道向量判断是否能够传输，在能够传输时直接按照上一时隙的信道状况进行传输；而在上一时隙的信道向量不能够传输时，进一步通过当前时隙的信道向量判断当前时隙是否能够传输。经过如此方式的二次判断后，本发明仅在当前时隙的信道向量能够传输时才反馈当前时隙的量化信道向量

因而减少了反馈量化信道向量

的次数。由此，本发明降低了CSI反馈信令开销，并在降低CSI反馈信令开销的同时，充分利用信道前后性质的相关度保证了当前时隙的传输效率。本发明由此采用相应的波束赋形传输维纳编码后的信号x，增强合法用户通信质量，同时采用动态反馈方案降低波束赋形过程中的反馈开销，对硬件资源要求低，操作简单，容易工程应用。

本发明的适用范围是对抗被动窃听的窄带物联网下行通信，其中除基站S配备M根天线外，其余所有节点均配置单天线，并且均工作在半双工模式下。考虑到窃听节点会截获通信信息，采用波束赋形传输来增强合法用户通信质量，同时采用动态反馈方案降低波束赋形过程中的反馈开销。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是应用本发明的一种窄带物联网的安全传输系统的示意图；

图2是本发明的窄带物联网的低开销动态反馈安全传输方法的流程图；

图3是本发明所提供的传输方法与现有实时反馈的传输方法之间反馈比特数与基站天线数变化关系的示意图；

图中，S表示窄带物联网基站；E表示窃听节点。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

图1为根据本发明的一种窄带物联网的安全传输模型图，包含一个窄带物联网基站S，N个合法终端用户{D_i}，i∈{1,2,…,N}，以及一个窃听节点E。其中，S配备M根天线，其余所有节点均配置单天线，并且均工作在半双工模式。上述的系统按照图2所示的方式进行数据交互。

发送节点S利用终端用户反馈的信道状态信息(CSI,Channel State Information)进行波束赋形传输；窃听节点采用被动窃听的方式截取每一次发送节点和合法用户之间的通信数据。各终端用户采用时分多址方式以保证互不干扰。在D_i的通信时段，S可向D_i发送训练序列。D_i根据收到的信息估计出S-D_i链路的信道向量，即

其中

表示第m根发送天线与D_i之间的信道系数。为获得最佳传输性能，D_i需将每个传输时隙的信道向量h进行量化得到量化信道向量

然后将

实时反馈给S用以设计发送波束赋形向量

从而可得到S-D_i链路的接收信噪比(SNR，Signal-to-NoiseRatio)，即

其中P_S表示发送功率，σ²表示系统的加性高斯白噪声(AWGN,Additive White Gaussian Noise)的功率谱密度。考虑到实际中

通常包含实部与虚部，即

假设确保量化1％的反馈精度，即

m∈{1,2,…,M}，a∈{Im,Re}即

实部和虚部都分别满足上述反馈精度1％的公式，则

量化得到的

至少需要(1+7)×2＝16比特进行反馈，其中符号位占用1比特，确保量化1％的反馈精度占用7比特。因而反馈整个量化信道向量

至少需要16M比特。传统采用实时反馈的方法对于反馈开销要求较大，难以满足窄带物联网轻量级要求。本发明利用信道的马尔科夫特性，提出一种低开销动态反馈方案，在尽可能保证安全传输的基础上，尽量降低反馈开销数目。以D_i的通信过程为例，具体步骤如下：

步骤S1：动态反馈：D_i首先利用前一时隙使用的量化信道向量h′，计算当前时隙的接收信噪比γ_i′。如果γ_i′≥γ_th，D_i向S反馈1比特ACK信息，用以指示S继续使用前一时隙的波束赋形向量w′，其中γ_th表示S-D_i链路的预定接收信噪比门限。如果γ_i′＜γ_th，则D_i不进行反馈，表明使用前一时隙的波束赋形向量w′不能满足传输要求。此时，S发送训练序列用于信道估计，得到当前时隙的量化信道向量h并计算当前时隙的接收信噪比γ_i。如果γ_i≥γ_th，则利用16M比特反馈量化信道向量

如果γ_i＜γ_th，表明使用当前时隙的完美波束赋形向量w仍不能满足传输要求，则反馈1比特NACK信息用以指示当前时隙停止传输。

步骤S2：信息编码：各终端用户的信息采用维纳编码，其信息码字可以表示为(R_t,R_s)，其中R_t和R_s分别为用户的信息传输速率和安全信息传输速率，R_t-R_s表示用户的安全信息编码冗余；

步骤S3：信号传输和处理：S利用确定的波束赋形向量发送信号x，经过衰落信道传输至合法终端用户D_i和E，D_i和E对接收信号进行译码处理。由于维纳编码和门限的作用，使得窃听和接收信道之间存在差异，D_i能够获得正确的译码结果，而E不能。为保证传输的安全性，需在窃听信道差异大时才传输。理论上，可根据E的信道向量进行门限设定。但是这一条件需要已知E的信道状态信息，然而实际中难以实现，因为窃听者通常是隐藏的。因此，实际应用中，在通讯安全要求较高的场合为保证主信道通讯安全，一般适当的根据经验值抬高门限即可。

本发明的传输方法和实时反馈传输方法在传输同样安全数据量τ_th条件下的反馈开销比特数仿真如图3所示。不失一般性，信道服从Rayleigh分布，信道带宽归一化为单位带宽，各信道衰落阶数都为2.7，发送信噪比为20dB，发送节点到用户之间的距离均归一化为1，R_t＝2bits/s/Hz，R_s＝1bit/s/Hz。由图3可知，无论基站配备多少天线，本发明传输方法在传输同样安全数据量时，由于设计有信道向量筛选的步骤，因此本发明所需的反馈比特数均少于实时反馈传输方法。

具体而言，上述量化的过程中，量化精度与量化信道向量

的比特数之间关系如下：

需量化为

以实部为例，首先，针对绝对值部分的量化，因为量化精度要求1％，而

因此为了保证1％的精确度，将

量化为

至少需要使用7比特；其次，符号部分的量化，指示正、负号还需要1比特。故实部的量化共需7+1＝8比特。实部与虚部合计共需16比特才能够实现1％的量化精度。

上述过程中，γ_th表示S-D_i链路的预定接收信噪比门限，是一个经验值，根据系统通讯需求而确定。在需要保证系统安全性时，适当设置γ_th略高。

如果γ_i′＜γ_th，则D_i不进行反馈，表明使用前一时隙的波束赋形向量w′不能满足传输要求。此时，S发送训练序列用于信道估计，得到当前时隙的量化信道向量h并计算当前时隙的接收信噪比γ_i。如果γ_i≥γ_th，则利用16M比特反馈量化信道向量

这是本发明中较为关键的步骤。本发明利用上一时隙的信道向量判断是否能够传输，仅在能够传输时反馈量化信道向量

如此，能够减少反馈量化信道向量

的次数，降低CSI反馈信令开销。本发明利用信道前后性质相关的特点，利用前面时隙进行第一次筛选。而后在第一次筛选为不能传输时再进行第二次判断。这种方式能够，实时的对信道向量进一步判断。相对于现有技术每一次都反馈，本申请通过2次判断，仅在上一时隙的信道向量不能够传输时且当前时隙的信道向量能够传输时才反馈当前时隙的量化信道向量

CSI反馈信令开销更小，更适合硬件资源有限的窄带物联网通讯方式。

具体而言，上述的通讯过程中，ACK与NACK可以用1比特进行区分，反馈“0”表示ACK，反馈“1”表示NACK。

本发明所采用的信息编码具体为维纳编码，它是一种物理层安全编码方式，编码理念类似信道编码，用于抵抗信道衰落。其信息码字可以表示为(R_t,R_s)，其中R_t和R_s分别为用户的信息传输速率和安全信息传输速率，R_t-R_s表示用户的安全信息编码冗余。需要传输的是R_s，传输时为其增加相应的冗余信息使其传输速率为R_t。合法的终端用户或接收端能够根据R_t提取出R_s，而窃听端则由于信道条件较差无法实现。这两个速率可直接设定为两个常数，不同网络不同环境经过测试可确定具体数值，只需R_t＞R_s即可保证传输的安全性。

由此，本发明首先利用步骤S1中在传输之前进行预判，当使用前一时隙的波束赋形向量即可满足传输要求时，则不必进行信道训练、估计和信道反馈，从而大大降低反馈开销。上述交互过程中所采用的波束赋形方法，能够大大提高合法链路的传输质量，从而提高网络的安全传输性能。

本发明在轻量级无线通信网络安全传输领域，针对窄带物联网下行通信场景，同时考虑信息传输过程中的潜在被动窃听行为，采用波束赋形技术增强传输性能，同时采用动态反馈方案尽可能降低反馈开销，相对传统的实时反馈传输方法，实现低成本设备的安全通信，尤其适用于窄带物联网。本发明在传输同样安全数据量时，能显著降低反馈比特数，并且操作简单，容易工程实现，适合实现低成本设备的安全通信。

以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种适用于窄带物联网的低开销动态反馈安全传输方法，其特征在于，步骤包括：

第一步，窄带物联网基站S根据时隙向对应的合法终端用户D_i发送训练序列；

第二步，对应的时隙中：若所述窄带物联网基站S接收到相应的合法终端用户D_i根据前一时隙所使用的量化信道向量h′计算当前时隙的接收信噪比γ_i′，若γ_i′≥γ_th则该合法终端用户D_i向所述窄带物联网基站S反馈1比特ACK信息，窄带物联网基站S继续使用该合法终端用户D_i在前一时隙所使用的波束赋形向量w′，并跳转至第四步进行波束赋形传输，若γ_i′＜γ_th则该合法终端用户D_i不进行反馈；若所述窄带物联网基站S未接收到相应的ACK信息，则跳转至所述第一步；若所述窄带物联网基站S接收到相应的合法终端用户D_i根据当前时隙所对应的信道向量h计算而获得的反馈量化信道向量

则跳转至第三步计算对应的波束赋形向量w；若所述窄带物联网基站S接收到相应的合法终端用户D_i根据当前时隙所对应的量化信道向量h计算而获得的NACK信息，则停止当前时隙的交互直至下一时隙，其中，γ_th表示S-D_i链路的预定接收信噪比门限；

第三步，所述波束赋形向量

第四步，对所述合法终端用户的信息采用维纳编码，所述窄带物联网基站S利用该合法终端用户D_i所对应的波束赋形向量发送维纳编码后的信号x，该信号x经过衰落信道传输，供所述合法终端用户D_i译码以获得相应的信息；

其中，第二步所述ACK信息通过如下步骤计算获得：

步骤A1，合法终端用户D_i根据前一时隙所使用的量化信道向量h′计算当前时隙的接收信噪比；

步骤A2，判断步骤A1所获得的当前时隙的接收信噪比γ_i′是否满足γ_i′≥γ_th；若满足，则该合法终端用户D_i向所述窄带物联网基站S反馈ACK信息；否则，该合法终端用户D_i不向所述窄带物联网基站S进行反馈；

其中，第二步合法终端用户D_i根据当前时隙所对应的量化信道向量h计算而获得的NACK信息，具体由以下步骤获得：

步骤H1，所述合法终端用户D_i根据当前时隙内所述窄带物联网基站S所发送训练序列估计出当前时隙内S-D_i链路的信道向量为

其中

表示所述窄带物联网基站S的第m根发送天线与所述合法终端用户D_i之间的信道系数；

步骤H2，所述合法终端用户D_i对所述信道向量h进行量化，得到反馈量化信道向量

计算当前时隙的接收信噪比γ_i；

步骤H3，如果γ_i≥γ_th，则该合法终端用户D_i向所述窄带物联网基站S反馈所述反馈量化信道向量

否则，该合法终端用户D_i向所述窄带物联网基站S反馈NACK信息；

所述NACK信息与所述ACK信息所对应的信号互不相同。

2.如权利要求1所述的适用于窄带物联网的低开销动态反馈安全传输方法，其特征在于，所述反馈量化信道向量

所包括的比特数由反馈精度

而确定；其中，

表示所述窄带物联网基站S的第m根发送天线与所述合法终端用户D_i之间的信道系数的量化值，a∈Im,Re表示取实部或取虚部；所述NACK信息与所述ACK信息分别仅包括有1比特。

3.如权利要求1所述的适用于窄带物联网的低开销动态反馈安全传输方法，其特征在于，对所述接收信噪比进行判断的步骤中，γ_th表示所述窄带物联网基站S与所述合法终端用户D_i之间所形成的链路的预定接收信噪比门限，其预设为一固定值。

4.如权利要求3所述的适用于窄带物联网的低开销动态反馈安全传输方法，其特征在于，所述接收信噪比

其中P_S表示所述窄带物联网基站S的发送功率，σ²表示所述窄带物联网基站S与所述合法终端用户D_i之间所形成的链路之间的加性高斯白噪声的功率谱密度。

5.如权利要求1所述的适用于窄带物联网的低开销动态反馈安全传输方法，其特征在于，所述维纳编码中，信息码字为R_t,R_s，其中R_t和R_s分别为所述合法终端用户的信息传输速率和安全信息传输速率，R_t＞R_s，R_t和R_s为常数；其中，R_t-R_s构成用户的安全信息编码冗余。

6.一种适用于窄带物联网的低开销动态反馈安全传输系统，包括有一个窄带物联网基站S，N个合法终端用户D_i，i∈1,2,…,N，以及窃听节点E，其特征在于，所述窄带物联网基站S配备有M根天线，各合法终端用户D_i分别配置有单根天线；

所述窄带物联网基站S被设置为按照如下的方式与各合法终端用户D_i之间进行数据交互：

步骤1，窄带物联网基站S根据时隙向对应的合法终端用户D_i发送训练序列；

步骤2，对应的时隙中：所述合法终端用户D_i根据前一时隙所使用的量化信道向量h′计算当前时隙的接收信噪比γ_i′，在满足γ_i′≥γ_th时向所述窄带物联网基站S反馈ACK信息；所述窄带物联网基站S接收到所述ACK信息后继续使用该合法终端用户D_i在前一时隙所使用的波束赋形向量w′作为所述合法终端用户D_i所对应的波束赋形向量，跳转至步骤5进行波束赋形传输；

在不满足γ_i′≥γ_th时，该合法终端用户D_i不向所述窄带物联网基站S进行反馈；

所述窄带物联网基站S重新向所述合法终端用户D_i发送训练序列；

步骤3，所述合法终端用户D_i根据步骤2中的训练序列估计出当前时隙内S-D_i链路的信道向量为

其中

表示所述窄带物联网基站S的第m根发送天线与所述合法终端用户D_i之间的信道系数，m≤M表示窄带物联网基站S天线的序号，M表示窄带物联网基站S天线数量，对所述信道向量h进行量化，得到量化信道向量

计算当前时隙的接收信噪比γ_i，在γ_i≥γ_th时，则该合法终端用户D_i向所述窄带物联网基站S反馈量化信道向量

跳转至步骤4；

否则，该合法终端用户D_i向所述窄带物联网基站S反馈NACK信息，所述窄带物联网基站S停止当前时隙的交互直至下一时隙；

步骤4，所述合法终端用户D_i所对应的波束赋形向量

步骤5，对所述合法终端用户的信息采用维纳编码，所述窄带物联网基站S利用该合法终端用户D_i所对应的波束赋形向量发送维纳编码后的信号x，该信号x经过衰落信道传输，供所述合法终端用户D_i译码以获得相应的信息。

7.如权利要求6所述的适用于窄带物联网的低开销动态反馈安全传输系统，其特征在于，所述NACK信息对应为1比特的“0”或“1”；所述ACK信息与所述NACK信息相反。

8.如权利要求6所述的适用于窄带物联网的低开销动态反馈安全传输系统，其特征在于，所述量化信道向量

的反馈精度为1％时，所述量化信道向量

包括有至少16比特。

Images