CN112600607B - 一种双重全双工协作干扰抗窃听方法 - Google Patents

一种双重全双工协作干扰抗窃听方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于无线通信技术领域，公开了一种双重全双工协作干扰技术的抗窃听方法，第一重为地面终端全双工干扰,地面层的合法节点UD在接收卫星信号S的同时,发送同频同时的干扰信号J,以干扰地面的窃听者E；第二重为航空器全双工转发式干扰。航空层中的协作节点R,全双工转发来自地面合法节点发送的干扰信号J,以干扰地面的窃听者E；定义系统安全速率，计算只存在第一重全双工协作干扰时的合法用户信噪比和安全速率Cone；并计算在双重全双工协作干扰下的合法用户信噪比和安全速率Ctwo。从而，验证第二重全双工协作干扰的必要性和可行性。从安全速率可以表明，本发明采用的双重全双工协作干扰技术能够达到较好抗窃听效果。

Description

一种双重全双工协作干扰抗窃听方法
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种双重全双工协作干扰技术的抗窃听方法。
背景技术
目前：对于未来6G无线通信网络的发展，卫星通信将发挥重要甚至关键的作用。卫星通信具有通信距离远、覆盖范围广、通信容量大、通信稳定性好、便于实现全球无缝链接等优点，然而，无线通信的广播特性和信道的开放性使得信号在通信过程中极易被非法用户窃听，尤其对覆盖范围广的卫星通信系统而言，它更容易受到各种安全威胁，其安全性问题已成为其应用发展的瓶颈。为此，基于信息论的物理层安全(Physical-Layer Security)传输技术应运而生，并得到了国内外学者的高度关注。
目前，面向卫星通信的物理层安全技术方面的研究已经有很多成果。在卫星通信系统中，空天地全网都有可能存在恶意窃听。通常，保护卫星网络免受窃听的方法主要是采用上层加密技术，即通过加密算法和密钥对秘密信息进行加密。但是，加密或解密的计算成本通常很高，而且日益复杂的协议和体系结构使得密钥管理和分发要困难得多。为此，物理层安全的关键理念是利用无线信道的随机性和时变特性来抵御无线传输中的窃听者，使窃听信道的质量低于合法信道的质量，这样，窃听者就无法接收或者正确解码接收到的信息，从而大大加强了信息的安全级别。到目前为止，常规的地面网络的物理层安全方面，已有一些里程碑式的研究成果出现，使得无线通信物理层安全的研究达到了空前的热度。然而，现有的研究成果不适用于卫星通信系统，因为卫星通信系统存在以下缺陷：1.信道相似：星地链路中，直射路径起主导作用，且合法用户和窃听者的距离远小于星地距离，因此，可以认为窃听信道与合法信道是相似的，而现有成果大多基于信道的差异性，所以不再适用；2.地面窃听者的信道状态信息(Channel State Information，CSI)很难获取：地面窃听者往往是来自系统外部的恶意节点，它们的CSI很难获取，而现有成果大多依赖于窃听者的CSI，所以同样不再适用。因此，如何弥补实际卫星通信系统的固有缺陷，设计适用于卫星通信系统的物理层安全方案是当前亟待解决的问题。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：面向卫星通信的物理层安全技术方面的研究主要集中在性能分析、指标的波束成形和功率分配等。现有的研究都没有考虑星地链路中窃听信道与合法信道相似的缺陷和窃听者CSI不易获取的问题。常规的地面网络的物理层安全方面，已有一些研究成果，然而这些成果并不适用于卫星通信。现有的卫星通信防窃听方面的研究成果主要是采用上层加密技术，但是加密或解密存在计算成本高的问题。
解决以上问题及缺陷的难度为：无线通信物理层安全的现有研究成果，没有考虑卫星通信中，星地链路中窃听信道与合法信道相似的缺陷和窃听者CSI不易获取的问题不可避免，而通过加密方式防窃听，计算复杂度和成本太高。在不增加计算复杂度的情况下，克服卫星通信固有缺陷，实现卫星通信系统的物理层安全，成了本发明要解决的难点。
解决以上问题及缺陷的意义为：本发明根据卫星通信系统的信道特点，提出了双重全双工协作干扰技术，在不修改上层协议，也不需要复杂的密码计算的情况下，也充分考虑窃听信道与合法信道是相似性和地面窃听者CSI很难获取等卫星通信固有缺陷的问题，实现在卫星通信中对抗航空层和航天层窃听者和地面窃听者的效果。从而解决了卫星通信外部恶意窃听的安全隐患。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种双重全双工协作干扰技术的抗窃听方法。
本发明是这样实现的，一种双重全双工协作干扰技术的抗窃听方法，所述双重全双工协作干扰技术的抗窃听方法包括：
实现第一重全双工协作干扰，地面层的合法节点在接收卫星信号的同时，发送同频同时的干扰噪声，以对抗窃听者；
实现第二重全双工协作干扰，第二重全双工协作干扰是航空器全双工转发式干扰。航空层中的协作节点全双工转发地面合法节点发送的干扰信号进行，以干扰窃听者；
定义系统安全速率，验证双重全双工协作干扰的必要性和可行性；计算只存在第一重全双工协作干扰时的接收端信噪比和安全速率；并计算在双重全双工协作干扰下的接收端信噪比和安全速率；验证第二重全双工协作干扰的必要性和可行性。
进一步，第一重全双工协作干扰，地面层的合法节点UD在接收卫星信号S的同时，发送同频同时的干扰噪声J，以对抗窃听者E，以瞬时安全速率为例介绍第一重全双工协作干扰技术，假设窃听者记为E，卫星S到窃听者E的信道增益为hSE，地面合法节点UD到窃听者E的信道增益为hDE，卫星S到地面合法节点的信道增益为hSD，地面合法节点的收发天线间的信道增益为hDD；当卫星发送信号为xS，发送功率为PS，干扰信号和功率分别为xJ和PJ，则合法用户和窃听者接收到的信号分别为：
Figure BDA0002798456860000031
其中nD和nE分别为合法用户和窃听者的接收噪声。由于干扰信号J是合法用户接收端自己发送的已知信号，而且hDD也是可估计的，所以合法用户接收端可以重建并移除自干扰信号：
Figure BDA0002798456860000032
进一步，第二重全双工协作干扰是航空器全双工转发式干扰，航空层中的协作节点R以功率PCJ全双工转发地面合法节点发送的干扰信号J，以干扰窃听者E，当卫星发送信号为xS，发送功率为PS，干扰信号和功率分别为xJ和PJ，则合法用户和窃听者接收到的信号分别为：
Figure BDA0002798456860000033
Figure BDA0002798456860000041
卫星S到地面合法节点的信道增益为hSD，卫星S到窃听者E的信道增益为hSE，协作节点R到地面合法节点的信道增益为hDR，协作节点R到窃听者E的信道增益为hRE，地面合法节点的收发天线间的信道增益为hDD，地面层的合法节点UD接收到协作节点R转发的干扰信号是已知的，而且hDR和hDD也可估计，所以地面层的合法用户接收端重建并移除干扰信号，而窃听者则无法做到干扰消除。
进一步，在第一重全双工协作干扰下，地面合法用户接收端信噪比表示为：
Figure BDA0002798456860000042
而窃听者则无法做到干扰消除，窃听者接收信噪比表示为：
Figure BDA0002798456860000043
那么合法用户的信息速率为：
Figure BDA0002798456860000044
窃听者的信息速率为：
Figure BDA0002798456860000045
根据安全速率的公式，得到第一重全双工协作干扰下的瞬时安全速率表示为：
Figure BDA0002798456860000046
进一步，得双重全双工协作干扰时，地面合法用户信噪比表示为：
Figure BDA0002798456860000047
而窃听者则无法做到干扰消除，窃听者接收信噪比表示为：
Figure BDA0002798456860000051
式中
Figure BDA0002798456860000052
为R对信号的放大倍数。那么合法用户的信息速率为：
Figure BDA0002798456860000053
窃听者的信息速率为：
Figure BDA0002798456860000054
根据安全速率的公式，得到双重全双工协作干扰时的瞬时安全速率表示为：
Figure BDA0002798456860000055
分析比较只存在第一重全双工协作干扰时的安全速率Cone和双重全双工协作干扰时的安全速率Ctwo。
本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
实现第一重全双工协作干扰，地面层的合法节点在接收卫星信号的同时，发送同频同时的干扰噪声，以对抗窃听者；
实现第二重全双工协作干扰，第二重全双工协作干扰是航空器全双工转发式干扰。航空层中的协作节点全双工转发地面合法节点发送的干扰信号进行，以干扰窃听者；
定义系统安全速率，验证双重全双工协作干扰的必要性和可行性；计算只存在第一重全双工协作干扰时的接收端信噪比和安全速率；并计算在双重全双工协作干扰下的接收端信噪比和安全速率；验证第二重全双工协作干扰的必要性和可行性。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
实现第一重全双工协作干扰，地面层的合法节点在接收卫星信号的同时，发送同频同时的干扰噪声，以对抗窃听者；
实现第二重全双工协作干扰，第二重全双工协作干扰是航空器全双工转发式干扰。航空层中的协作节点全双工转发地面合法节点发送的干扰信号进行，以干扰窃听者；
定义系统安全速率，验证双重全双工协作干扰的必要性和可行性；计算只存在第一重全双工协作干扰时的接收端信噪比和安全速率；并计算在双重全双工协作干扰下的接收端信噪比和安全速率；验证第二重全双工协作干扰的必要性和可行性。
本发明的另一目的在于提供一种卫星通信终端，所述卫星通信终端用于实现所述的双重全双工协作干扰技术的抗窃听方法。
本发明的另一目的在于提供一种移动通信终端，所述移动通信终端用于实现所述的双重全双工协作干扰技术的抗窃听方法。
本发明的另一目的在于提供一种实施所述抗窃听方法的抗窃听系统，所述双重全双工协作干扰技术的抗窃听方法包括：
第一重全双工协作干扰实现模块，用于实现第一重全双工协作干扰，地面层的合法节点在接收卫星信号的同时，发送同频同时的干扰噪声，以对抗窃听者；
第二重全双工协作干扰实现模块，用于实现第二重全双工协作干扰，第二重全双工协作干扰是航空器全双工转发式干扰；航空层中的协作节点以功率全双工转发地面合法节点发送的干扰信号进行，以干扰窃听者；
系统安全速率定义模块，用于定义系统安全速率，验证双重全双工协作干扰的必要性和可行性；计算只存在第一重全双工协作干扰时的接收端信噪比和安全速率；并计算在双重全双工协作干扰下的接收端信噪比和安全速率；验证第二重全双工协作干扰的必要性和可行性。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明根据卫星通信系统的信道特点，提出了双重全双工协作干扰技术，即协作干扰操作分为两重：第一重为地面终端全双工干扰；第二重为航空器全双工转发式干扰。相对于修改上层协议和加密方式抗窃听技术，本发明提出的双重全双工协作干扰技术的计算复杂度明显降低。本发明提出的双重全双工协作干扰技术在提高物理层抗窃听能力方面的优势尤为突出，在整个通信和协作过程中，无需用到地面层中合法节点和窃听者间的CSI，所以使用的全部CSI都是已知的，从而设计的抗窃听方法具有很高的鲁棒性。解决了卫星通信中由于窃听信道与合法信道是相似性和地面窃听者CSI难获取等卫星通信固有缺陷的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，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。
图1是本发明实施例提供的抗窃听方法流程图。
图2是本发明实施例提供的抗窃听系统的结构示意图；
图2中：1、第一重全双工协作干扰实现模块；2、第二重全双工协作干扰实现模块；3、系统安全速率定义模块。
图3是本发明实施例提供的第一重协作干扰实现原理图。
图4是本发明实施例提供的双重全双工协作干扰实现原理图。
图5是本发明实施例提供的通信系统按单重协作干扰和双重全双工协作干扰的系统安全速率对比图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种双重全双工协作干扰技术的抗窃听方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明提供的抗窃听方法包括以下步骤：
S101：实现第一重全双工协作干扰，地面层的合法节点在接收卫星信号的同时，发送同频同时的干扰噪声，以对抗窃听者；
S102：实现第二重全双工协作干扰，第二重全双工协作干扰是航空器全双工转发式干扰。航空层中的协作节点全双工转发地面合法节点发送的干扰信号进行，以干扰窃听者；
S103：定义系统安全速率，验证双重全双工协作干扰的必要性和可行性；计算只存在第一重全双工协作干扰时的接收端信噪比和安全速率；并计算在双重全双工协作干扰下的接收端信噪比和安全速率；从而，验证第二重全双工协作干扰的必要性和可行性。
本发明提供的抗窃听方法业内的普通技术人员还可以采用其他的步骤实施，图1的本发明提供的抗窃听方法仅仅是一个具体实施例而已。
如图2所示，本发明提供的抗窃听系统包括：
第一重全双工协作干扰实现模块1，用于实现第一重全双工协作干扰，地面层的合法节点在接收卫星信号的同时，发送同频同时的干扰噪声，以对抗窃听者；
第二重全双工协作干扰实现模块2，用于实现第二重全双工协作干扰，第二重全双工协作干扰是航空器全双工转发式干扰。航空层中的协作节点全双工转发地面合法节点发送的干扰信号进行，以干扰窃听者；
系统安全速率定义模块3，用于定义系统安全速率，验证双重全双工协作干扰的必要性和可行性；计算只存在第一重全双工协作干扰时的接收端信噪比和安全速率；并计算在双重全双工协作干扰下的接收端信噪比和安全速率；从而，验证第二重全双工协作干扰的必要性和可行性。
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述。
本发明提供的双重全双工协作干扰技术的抗窃听方法具体包括以下步骤：
第一步，实现第一重全双工协作干扰，地面层的合法节点UD在接收卫星信号S的同时，发送同频同时的干扰噪声J，以对抗窃听者E。
第二步，实现第二重全双工协作干扰，第二重全双工协作干扰是航空器全双工转发式干扰。航空层中的协作节点R以功率PCJ全双工转发地面合法节点发送的干扰信号J进行，以干扰窃听者E。
第三步，定义系统安全速率，验证双重全双工协作干扰的必要性和可行性。计算只存在第一重全双工协作干扰时的接收端信噪比和安全速率Cone；并计算在双重全双工协作干扰下的接收端信噪比和安全速率Ctwo。从而，验证第二重全双工协作干扰的必要性和可行性。
本发明实施例提供的双重全双工协作干扰技术的抗窃听方法，本发明实施例包括但不仅限于下述单个协作节点和单个窃听者的实施例，还包括多协作节点和存在多个窃听者的问题。
本发明模型的建立，如图3所示，本发明的第一重全双工协作干扰，卫星发送信号为xS，发送功率为PS，干扰信号和功率分别为xJ和PJ，则合法用户和窃听者接收到的信号分别为：
Figure BDA0002798456860000091
Figure BDA0002798456860000092
则地面接收端和窃听者接收信噪比分别为
Figure BDA0002798456860000093
和
Figure BDA0002798456860000094
那么合法用户和窃听者的信息速率分别为
Figure BDA0002798456860000095
和
Figure BDA0002798456860000096
根据安全速率的公式，可以得到第一重全双工协作干扰下的瞬时安全速率表示为：
Figure BDA0002798456860000101
如图4所示，本发明的第二重全双工协作干扰是航空器全双工转发式干扰。卫星发送信号为xS，发送功率为PS，干扰信号和功率分别为xJ和PJ，地面层的合法节点UD在接收卫星信号S的同时，通过航空层中的协作节点R以功率PCJ全双工转发地面合法节点发送的干扰信号J进行。则合法用户和窃听者接收到的信号分别为：
Figure BDA0002798456860000102
则在双重全双工协作干扰时，地面合法用户和窃听者的接收信噪比分别为
Figure BDA0002798456860000103
和
Figure BDA0002798456860000104
式中
Figure BDA0002798456860000105
为R对信号的放大倍数。那么合法用户和窃听者的信息速率分别为
Figure BDA0002798456860000106
和
Figure BDA0002798456860000107
根据安全速率的公式，可以得到双重全双工协作干扰时的瞬时安全速率表示为：
Figure BDA0002798456860000108
本发明的目的就是采用双重全双工协作干扰技术的抗窃听方法，使通信系统在满足用户需求的基础上，防止不可信用户进行窃听，尽量提高系统的安全速率。
下面结合仿真对本发明的技术效果作详细的描述。
对系统模型的仿真，以单个协作节点和单个窃听者实施例具体仿真。卫星发送信号功率PS，干扰信号功率PJ，协作节点R的转发功率PCJ。合法用户和窃听者的接收噪声，皆为均值为零、噪声功率谱密度为N0的加性高斯白噪声。以卫星发送信号功率PS为参考系，功率每增加1dB进行一次循环，每次循环仿真一万次；每次仿真干扰信号功率PJ和协作节点R的转发功率PCJ随卫星发送信号功率的变化而变化，每次仿真根据本发明的方法求解系统安全速率，为了证明本发明的优越性，进行相同的实验仿真，保证一重全双工协作干扰和双重全双工协作干扰的干扰信号功率相同。求出相应的系统安全速率并与本发明的实验数据对比作图。
图5所示为系统仿真实验的系统安全速率对比图，一条线为只存在一重全双工协作干扰仿真所得出的系统安全速率图，而另一条线则为双重全双工协作干扰抗窃听方法所得的系统安全速率图，对比两条系统安全速率曲线，本发明双重全双工协作干扰抗窃听方法的系统安全速率整体高于仅存在一重全双工协作干扰得出的系统安全速率，且随着卫星发送信号功率PS的提高，本发明双重全双工协作干扰抗窃听方法的优势更加明显。综合对比两曲线可得，本发明的双重全双工协作干扰抗窃听方法远远优于只存在一重全双工协作干扰方法。
应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种双重全双工协作干扰技术的抗窃听方法，其特征在于，所述双重全双工协作干扰技术的抗窃听方法包括：
实现第一重全双工协作干扰，地面层的合法节点在接收卫星信号的同时，发送同频同时的干扰噪声，以对抗窃听者；
实现第二重全双工协作干扰，第二重全双工协作干扰是航空器全双工转发式干扰，航空层中的协作节点全双工转发地面合法节点发送的干扰信号进行，以干扰窃听者；
定义系统安全速率，验证双重全双工协作干扰的必要性和可行性；计算只存在第一重全双工协作干扰时的接收端信噪比和安全速率；并计算在双重全双工协作干扰下的接收端信噪比和安全速率；验证第二重全双工协作干扰的必要性和可行性；
第一重全双工协作干扰，地面层的合法节点UD在接收卫星信号S的同时，发送同频同时的干扰噪声J，以对抗窃听者E，假设窃听者记为E，卫星S到窃听者E的信道增益为hSE，地面合法节点UD到窃听者E的信道增益为hDE，卫星S到地面合法节点的信道增益为hSD，地面合法节点的收发天线间的信道增益为hDD；当卫星发送信号为xS，发送功率为PS，干扰信号和功率分别为xJ和PJ，则合法用户和窃听者接收到的信号分别为：
Figure FDA0003421605170000011
其中nD和nE分别为合法用户和窃听者的接收噪声，由于干扰信号J是合法用户接收端自己发送的已知信号，而且hDD也是可估计的，所以合法用户接收端可以重建并移除自干扰信号：
Figure FDA0003421605170000012
第二重全双工协作干扰是航空器全双工转发式干扰，航空层中的协作节点R以功率PCJ全双工转发地面合法节点发送的干扰信号J，以干扰窃听者E，当卫星发送信号为xS，发送功率为PS，干扰信号和功率分别为xJ和PJ，则合法用户和窃听者接收到的信号分别为：
Figure FDA0003421605170000013
Figure FDA0003421605170000014
卫星S到地面合法节点的信道增益为hSD，卫星S到窃听者E的信道增益为hSE，协作节点R到地面合法节点的信道增益为hDR，协作节点R到窃听者E的信道增益为hRE，地面合法节点的收发天线间的信道增益为hDD，地面层的合法节点UD接收到协作节点R转发的干扰信号是已知的，而且hDR和hDD也可估计，所以地面层的合法用户接收端重建并移除干扰信号，而窃听者则无法做到干扰消除。
2.如权利要求1所述的双重全双工协作干扰技术的抗窃听方法，其特征在于，在第一重全双工协作干扰下，地面合法用户接收端信噪比表示为：
Figure FDA0003421605170000021
而窃听者则无法做到干扰消除，窃听者接收信噪比表示为：
Figure FDA0003421605170000022
那么合法用户的信息速率为：
Figure FDA0003421605170000023
窃听者的信息速率为：
Figure FDA0003421605170000024
根据安全速率的公式，得到第一重全双工协作干扰下的瞬时安全速率表示为：
Figure FDA0003421605170000025
3.如权利要求1所述的双重全双工协作干扰技术的抗窃听方法，其特征在于，得双重全双工协作干扰时，地面合法用户信噪比表示为：
Figure FDA0003421605170000026
而窃听者则无法做到干扰消除，窃听者接收信噪比表示为：
Figure FDA0003421605170000027
式中
Figure FDA0003421605170000028
为R对信号的放大倍数，那么合法用户的信息速率为：
Figure FDA0003421605170000029
窃听者的信息速率为：
Figure FDA00034216051700000210
根据安全速率的公式，得到双重全双工协作干扰时的瞬时安全速率表示为：
Figure FDA0003421605170000031
分析比较只存在第一重全双工协作干扰时的安全速率Cone和双重全双工协作干扰时的安全速率Ctwo。
4.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
实现第一重全双工协作干扰，地面层的合法节点在接收卫星信号的同时，发送同频同时的干扰噪声，以对抗窃听者；
实现第二重全双工协作干扰，第二重全双工协作干扰是航空器全双工转发式干扰，航空层中的协作节点以功率全双工转发地面合法节点发送的干扰信号进行，以干扰窃听者；
定义系统安全速率，验证双重全双工协作干扰的必要性和可行性；计算只存在第一重全双工协作干扰时的接收端信噪比和安全速率；并计算在双重全双工协作干扰下的接收端信噪比和安全速率；验证第二重全双工协作干扰的必要性和可行性。
5.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
实现第一重全双工协作干扰，地面层的合法节点在接收卫星信号的同时，发送同频同时的干扰噪声，以对抗窃听者；
实现第二重全双工协作干扰，第二重全双工协作干扰是航空器全双工转发式干扰，航空层中的协作节点以功率全双工转发地面合法节点发送的干扰信号进行，以干扰窃听者；
定义系统安全速率，验证双重全双工协作干扰的必要性和可行性；计算只存在第一重全双工协作干扰时的接收端信噪比和安全速率；并计算在双重全双工协作干扰下的接收端信噪比和安全速率；验证第二重全双工协作干扰的必要性和可行性。
6.一种卫星通信终端，其特征在于，所述卫星通信终端用于实现权利要求1～3任意一项所述的双重全双工协作干扰技术的抗窃听方法。
7.一种移动通信终端，其特征在于，所述移动通信终端用于实现权利要求1～3任意一项所述的双重全双工协作干扰技术的抗窃听方法。
8.一种实施权利要求1～3任意一项所述双重全双工协作干扰技术的抗窃听方法的抗窃听系统，其特征在于，所述的抗窃听方法系统包括：
第一重全双工协作干扰实现模块，用于实现第一重全双工协作干扰，地面层的合法节点在接收卫星信号的同时，发送同频同时的干扰噪声，以对抗窃听者；
第二重全双工协作干扰实现模块，用于实现第二重全双工协作干扰，第二重全双工协作干扰是航空器全双工转发式干扰；航空层中的协作节点以功率全双工转发地面合法节点发送的干扰信号进行，以干扰窃听者；
系统安全速率定义模块，用于定义系统安全速率，验证双重全双工协作干扰的必要性和可行性；计算只存在第一重全双工协作干扰时的接收端信噪比和安全速率；并计算在双重全双工协作干扰下的接收端信噪比和安全速率；验证第二重全双工协作干扰的必要性和可行性。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113644965A (zh) * 2021-08-16 2021-11-12 西安电子科技大学 基于无人机辅助的地对低轨卫星otfs安全传输方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106211301A (zh) * 2015-12-09 2016-12-07 厦门大学 一种全双工通信系统实现物理层安全及功率优化的方法
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CN109067437A (zh) * 2018-06-13 2018-12-21 华侨大学 一种基于直达路径最优用户选择的全双工协作加扰安全传输方法
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Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106211301A (zh) * 2015-12-09 2016-12-07 厦门大学 一种全双工通信系统实现物理层安全及功率优化的方法
CN108809365A (zh) * 2018-06-13 2018-11-13 华侨大学 一种基于中继链路最优用户选择的协作加扰安全传输方法
CN109067437A (zh) * 2018-06-13 2018-12-21 华侨大学 一种基于直达路径最优用户选择的全双工协作加扰安全传输方法
CN110225579A (zh) * 2019-06-12 2019-09-10 西安电子科技大学 一种基于无线供能的协作干扰物理层安全传输方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Physical Layer Security Designs for 5G NOMA Systems With a Stronger Near-End Internal Eavesdropper;Chensi Zhang et al;《IEEE Transactions on Vehicular Technology》;20200820;第69卷(第11期);全文 *

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