CN113612571B - 一种基于广义多分数傅里叶变换的多分量安全传输方法 - Google Patents
一种基于广义多分数傅里叶变换的多分量安全传输方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113612571B CN113612571B CN202110886557.XA CN202110886557A CN113612571B CN 113612571 B CN113612571 B CN 113612571B CN 202110886557 A CN202110886557 A CN 202110886557A CN 113612571 B CN113612571 B CN 113612571B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sequence
- fourier transform
- signal
- transmitter
- generalized multi
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 55
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 title claims abstract description 22
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims abstract description 13
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 40
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 37
- 108010076504 Protein Sorting Signals Proteins 0.000 claims description 11
- 238000013507 mapping Methods 0.000 claims description 9
- 230000021615 conjugation Effects 0.000 claims description 6
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 4
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 8
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 2
- 239000004243 E-number Substances 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04K—SECRET COMMUNICATION; JAMMING OF COMMUNICATION
- H04K3/00—Jamming of communication; Counter-measures
- H04K3/40—Jamming having variable characteristics
- H04K3/44—Jamming having variable characteristics characterized by the control of the jamming waveform or modulation type
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L63/00—Network architectures or network communication protocols for network security
- H04L63/16—Implementing security features at a particular protocol layer
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
- Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
- Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Computer Security & Cryptography (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Radio Transmission System (AREA)
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Abstract
一种基于广义多分数傅里叶变换的多分量安全传输方法,它属于保密通信领域。本发明解决了现有基于人工噪声的方案中人工噪声的引入需要存在零空间导致系统的能量效率低以及基于WFRFT的物理层安全方法的安全性能受窃听方对变换参数估计能力影响的问题。本发明利用空域信道信息对广义多分数傅里叶变换的多个分量进行设计,同时利用广义多分数傅里叶变换多个分量之间的互干扰特性,在保证合作接收机不受干扰的情况下,有效降低了非合作接收机接收到信号的信干噪比。即使窃听者完全知道广义多分数傅里叶变换的知识和发射机所有变换参数,也无法消除导致其接收信号信噪比下降的干扰。本发明可以应用于保密通信领域。
Description
技术领域
本发明涉及保密通信领域,具体涉及一种基于广义多分数傅里叶变换的多分量安全传输方法。
背景技术
随着无线通信技术的发展,无线通信可以满足越来越多行业对有效性和可靠性的要求。然而,由于无线信道的广播特性,无线网络容易受到窃听者威胁。传统的安全传输是通过密码方法实现的,依赖于网络层的计算复杂度,当窃听者具有足够的计算能力时,这类方案会失效。同时,这些方案在很多通信场景中都对密钥的分发和管理提出了挑战。
近年来物理层安全领域引起了越来越多研究人员的关注,其主要利用无线信道的随机性来实现信号的安全传输。在多天线系统中,物理层安全主要依赖于空间域的自由度来实现,主要有基于波束赋形的方案和基于人工噪声的方案。然而,基于波束赋形的方案只能被动适应信道条件,当窃听信道的信道条件优于主信道时,该类方案的性能会明显下降甚至失效。基于人工噪声的方案虽然可以通过人工噪声主动降低窃听信道的容量,但是人工噪声的引入需要存在零空间,并且该方案会降低系统的能量效率。
已有学者提出了四项加权分数傅里叶变换(Weighted type fractional Fouriertransform,WFRFT)的概念,并以此为基础将WFRFT扩展到多参数的形式,将其作为一种预编码方式引入到物理层安全领域。但是随着窃听方计算能力的增加,其可以获得更加准确的加权分数傅里叶变换参数,这会导致系统的安全性能下降。
发明内容
本发明的目的是为解决现有基于人工噪声的方案中人工噪声的引入需要存在零空间导致系统的能量效率低以及基于WFRFT的物理层安全方法的安全性能受窃听方对变换参数估计能力影响的问题,而提出了一种基于广义多分数傅里叶变换的多分量安全传输方法。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案是:
基于本发明的一个方面,一种基于广义多分数傅里叶变换的多分量安全传输方法,所述方法具体包括以下步骤:
在发射端
步骤A1:将信源产生的0、1比特数据进行基带映射,获得的调制结果为序列x0;
步骤A2:对序列x0进行1次归一化DFT,得到序列x1;对序列x0进行2次归一化DFT,得到序列x2;对序列x0进行3次归一化DFT,得到序列x3;
步骤A3:对序列x0、x1、x2和x3进行处理,分别得到M根天线上待发射的基带信号,其中,M表示发射机的天线数目;
第l根天线上待发射的基带信号pl为:
其中,ωi(4l/M)是xi的加权系数,i=0,1,2,3,Bl(αM)是广义多分数傅里叶变换的加权系数,αM是广义多分数傅里叶变换的变换阶数,β是保证发射机总功率恒定的系数,hl表示发射机的第l根天线与接收机之间的信道系数,表示hl的共轭;
广义多分数傅里叶变换的加权系数Bl(αM)表示为:
其中,j为虚数单位;
所述加权系数ωi(4l/M)表示为:
步骤A4:分别将M根天线上待发射的基带信号pl通过数/模转换器,获得M路模拟信号pl';
步骤A5:分别对M路模拟信号pl'进行上变频处理,获得M路上变频处理后的信号pl”,并将pl”通过发射机的第l根天线发射至信道,l=0,1,…,M-1;
在接收端
步骤B1:步骤A5发射的信号通过信道后到达合作方接收机,合作方接收机利用单天线对信号进行接收,并对接收到的信号进行下变频处理,获得下变频处理后的信号;
步骤B2:将步骤B1获得的下变频处理后的信号通过模/数转换器,获得信号序列y';
步骤B3:合作方接收机对步骤B2得到的信号序列y'进行变换阶数为-4αM/M的四项加权分数傅里叶变换得到序列y;
步骤B4:合作方接收机对步骤B3得到的序列y进行解映射,恢复出0、1比特数据。
基于本发明的另一个方面,一种基于广义多分数傅里叶变换的多分量安全传输方法,所述方法在发射端的工作过程为:
步骤A1:将信源产生的0、1比特数据进行基带映射,获得的调制结果为序列x0;
步骤A2:对序列x0进行1次归一化DFT,得到序列x1;对序列x0进行2次归一化DFT,得到序列x2;对序列x0进行3次归一化DFT,得到序列x3;
步骤A3:对序列x0、x1、x2和x3进行处理,分别得到M根天线上待发射的基带信号,其中,M表示发射机的天线数目;
第l根天线上待发射的基带信号pl为:
其中,ωi(4l/M)是xi的加权系数,i=0,1,2,3,Bl(αM)是广义多分数傅里叶变换的加权系数,αM是广义多分数傅里叶变换的变换阶数,β是保证发射机总功率恒定的系数,hl表示发射机的第l根天线与接收机之间的信道系数,表示hl的共轭;
广义多分数傅里叶变换的加权系数Bl(αM)表示为:
其中,j为虚数单位;
所述加权系数ωi(4l/M)表示为:
步骤A4:分别将M根天线上待发射的基带信号pl通过数/模转换器,获得M路模拟信号pl';
步骤A5:分别对M路模拟信号pl'进行上变频处理,获得M路上变频处理后的信号pl”,并将pl”通过发射机的第l根天线发射至信道,l=0,1,…,M-1。
本发明的有益效果是:本发明提出了一种基于广义多分数傅里叶变换的多分量安全传输方法,本发明利用空域信道信息对广义多分数傅里叶变换的多个分量进行设计,同时利用广义多分数傅里叶变换多个分量之间的互干扰特性,在保证合作接收机不受干扰的情况下,有效降低了非合作接收机接收到信号的信干噪比。即使窃听者完全知道广义多分数傅里叶变换的知识和发射机所有变换参数,也无法消除导致其接收信号信噪比下降的干扰,克服了当窃听者可以准确获得加权分数傅里叶的变换参数时,基于WFRFT的物理层安全方法的安全性能受到影响的问题。同时克服了基于人工噪声的方案在提升物理层安全性能时存在的能量效率低的问题。
本发明方法有效提升了无线通信系统的物理层安全性能。
附图说明
图1是本发明的一种基于广义多分数傅里叶变换的多分量安全传输方法的流程图;
图2是发射机多分量数字基带信号处理的流程图;
图3是合作方接收机多分量数字基带信号处理的流程图;
图4是本发明在非合作接收机已知广义多分数傅里叶变换的知识和发射机所有变换参数时,发射机和非合作接收机几组不同天线数条件下系统的安全容量Cs随信噪比变化的曲线图;
图中,N代表非合作接收机天线数。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1、图2和图3说明本实施方式。本实施方式所述的一种基于广义多分数傅里叶变换的多分量安全传输方法,所述方法具体包括以下步骤:
在发射端
步骤A1:将信源产生的0、1比特数据进行基带映射,获得的调制结果为序列x0;
步骤A2:对序列x0进行1次归一化DFT(离散傅里叶变换),得到序列x1;对序列x0进行2次归一化DFT,得到序列x2;对序列x0进行3次归一化DFT,得到序列x3;
如图2所示,经过“数字基带映射”后,从上向下的四路信号分别是:第一路:输出原始信号序列x0;第二路:输出序列x0经过反转模块,等效于序列x0经过2次归一化DFT处理后得到的信号,对应于序列x2;第三路:输出序列x0经过FFT模块,等效于序列x0经过1次归一化DFT处理后得到的信号,对应于序列x1;第四路:输出序列x0依次经过FFT模块和反转模块,等效于序列x0经过3次归一化DFT处理后得到的信号,对应于序列x3。DFT是用FFT来实现的。
步骤A3:对序列x0、x1、x2和x3进行处理,分别得到M根天线上待发射的基带信号,其中,M表示发射机的天线数目;
第l根天线上待发射的基带信号pl为:
其中,ωi(4l/M)是xi的加权系数,i=0,1,2,3,Bl(αM)是广义多分数傅里叶变换的加权系数,αM是广义多分数傅里叶变换的变换阶数,β是保证发射机总功率恒定的系数,hl表示发射机的第l根天线与接收机之间的信道系数,表示hl的共轭;
通过广义多分数傅里叶变换进行信号的设计;
广义多分数傅里叶变换的加权系数Bl(αM)表示为:
其中,j为虚数单位;
所述加权系数ωi(4l/M)表示为:
步骤A4:分别将M根天线上待发射的基带信号pl通过数/模转换器,获得M路模拟信号pl';
步骤A5:分别对M路模拟信号pl'进行上变频处理,获得M路上变频处理后的信号pl”,并将pl”通过发射机的第l根天线发射至信道,l=0,1,…,M-1;
在接收端
步骤B1:步骤A5发射的信号通过信道后到达合作方接收机,合作方接收机利用单天线对信号进行接收,并对接收到的信号进行下变频处理,获得下变频处理后的信号;
步骤B2:将步骤B1获得的下变频处理后的信号通过模/数转换器,获得信号序列y';
步骤B3:合作方接收机对步骤B2得到的信号序列y'进行变换阶数为-4αM/M的四项加权分数傅里叶变换得到序列y;
步骤B4:合作方接收机对步骤B3得到的序列y进行解映射,恢复出0、1比特数据。
具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一不同的是,所述序列x1、x2和x3的形式为:
其中,
其中,N为序列x0的长度,x0(n)为序列x0中的第n个值,x1(n)为序列x1中的第n个值,x2(n)为序列x2中的第n个值,x3(n)为序列x3中的第n个值,e是自然对数的底数,X0(k)为序列x0经过归一化离散傅里叶变换后得到的序列的第k个值,X1(k)为序列x1经过归一化离散傅里叶变换后得到的序列的第k个值,X2(k)为序列x2经过归一化离散傅里叶变换后得到的序列的第k个值,k=0,1,…,N-1。
其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式一或二不同的是,所述系数β的形式为:
其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四:本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是,所述发射机的天线数目M的取值为大于等于4的整数。
其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五:本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是,所述合作方接收机获得的信噪比γb表示为:
式中:P0为发射机的总功率,是一个大于0的常数;
为合作接收方接收到的高斯白噪声的方差。
其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六:本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是,所述信号序列y'表示为:
其中,nb'表示发射机与合作方接收机之间的加性高斯白噪声信号;是变换阶数为4l/M的四项加权分数傅里叶变换的变换矩阵,/>表示对序列x0进行变换阶数为4l/M的四项加权分数傅里叶变换得到的结果。
所述序列y表示为:
式中:是变换阶数为-4αM/M的四项加权分数傅里叶变换的变换矩阵,nb表示对nb'进行变换阶数为-4αM/M的四项加权分数傅里叶变换得到的结果,可以表示为:
其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七、结合图1和图2说明本实施方式。本实施方式所述的一种基于广义多分数傅里叶变换的多分量安全传输方法,所述方法在发射端的工作过程为:
步骤A1:将信源产生的0、1比特数据进行基带映射,获得的调制结果为序列x0;
步骤A2:对序列x0进行1次归一化DFT(离散傅里叶变换),得到序列x1;对序列x0进行2次归一化DFT,得到序列x2;对序列x0进行3次归一化DFT,得到序列x3;
如图2所示,经过“数字基带映射”后,从上向下的四路信号分别是:第一路:输出原始信号序列x0;第二路:输出序列x0经过反转模块,等效于序列x0经过2次归一化DFT处理后得到的信号,对应于序列x2;第三路:输出序列x0经过FFT模块,等效于序列x0经过1次归一化DFT处理后得到的信号,对应于序列x1;第四路:输出序列x0依次经过FFT模块和反转模块,等效于序列x0经过3次归一化DFT处理后得到的信号,对应于序列x3。DFT是用FFT来实现的。
步骤A3:对序列x0、x1、x2和x3进行处理,分别得到M根天线上待发射的基带信号,其中,M表示发射机的天线数目;
第l根天线上待发射的基带信号pl为:
其中,ωi(4l/M)是xi的加权系数,i=0,1,2,3,Bl(αM)是广义多分数傅里叶变换的加权系数,αM是广义多分数傅里叶变换的变换阶数,β是保证发射机总功率恒定的系数,hl表示发射机的第l根天线与接收机之间的信道系数,表示hl的共轭;
通过广义多分数傅里叶变换进行信号的设计;
广义多分数傅里叶变换的加权系数Bl(αM)表示为:
其中,j为虚数单位;
所述加权系数ωi(4l/M)表示为:
步骤A4:分别将M根天线上待发射的基带信号pl通过数/模转换器,获得M路模拟信号pl';
步骤A5:分别对M路模拟信号pl'进行上变频处理,获得M路上变频处理后的信号pl”,并将pl”通过发射机的第l根天线发射至信道,l=0,1,…,M-1。
具体实施方式八:本实施方式与具体实施方式七不同的是,所述序列x1、x2和x3的形式为:
其中,
其中,N为序列x0的长度,x0(n)为序列x0中的第n个值,x1(n)为序列x1中的第n个值,x2(n)为序列x2中的第n个值,x3(n)为序列x3中的第n个值,e是自然对数的底数,X0(k)为序列x0经过归一化离散傅里叶变换后得到的序列的第k个值,X1(k)为序列x1经过归一化离散傅里叶变换后得到的序列的第k个值,X2(k)为序列x2经过归一化离散傅里叶变换后得到的序列的第k个值,k=0,1,…,N-1。
其它步骤及参数与具体实施方式七相同。
具体实施方式九:本实施方式与具体实施方式七或八不同的是,所述系数β的形式为:
其它步骤及参数与具体实施方式七或八相同。
具体实施方式十:本实施方式与具体实施方式七至九之一不同的是,所述发射机的天线数目M的取值为大于等于4的整数。
其它步骤及参数与具体实施方式七至九之一相同。
实施例
本发明的整体工作流程示意图如图1所示,发射机中数字基带信号进行处理的流程图如图2所示,合作接收机中数字基带信号进行处理的流程图如图3所示。
发射机的信号处理方法为:
步骤A1:将信源产生的0、1比特数据进行基带映射,得到的调制结果为序列x0;
步骤A2:分别对序列x0进行1~3次归一化DFT,分别得到序列x1,x2和x3。其中归一化DFT定义形式为:
式中:j为虚数单位。
序列x1,x2和x3中的元素分别可以表示为:
其中,
步骤A3:在发射机对步骤A2中得到的序列x0~x3进行处理,分别得到M根天线上待发射的基带信号,其中M表示发射机的天线数目,为大于等于4的整数。第l根天线上待发射的基带信号pl可以表示为:
式中:hl表示发射机的第l根天线与接收机之间的信道系数;
αM是广义多分数傅里叶变换的变换阶数;
Bl(αM)是广义多分数傅里叶变换的加权系数,可以表示为:
ωi(4l/M)是xi的加权系数,可以表示为:
β是保证发射机总功率恒定的系数,可以表示为:
步骤A4:分别将步骤A3中得到的M路信号通过数/模转换器,分别获得数字信号pl对应的模拟信号pl';
步骤A5:分别对步骤A4得到的M路模拟信号pl'进行上变频处理,获得M路上变频处理后的信号pl”,并分别将pl”通过发射机的第l根天线发射至信道;
合作接收机的信号处理方法为:
步骤B1:步骤A5发射的信号通过信道后到达接收机,接收机通过单天线对信号进行接收,并对接受到的信号进行下变频处理,获得下变频处理后的信号;
步骤B2:将步骤B1获得的下变频处理后的信号通过模/数转换器,获得的信号序列y'可以表示为:
式中:nb'表示发射机与合作接收机之间的加性高斯白噪声信号;
表示对序列x0进行变换阶数为4l/M的四项加权分数傅里叶变换得到的结果;
为验证本发明的可靠性,此处假设非合作接收机具有N根接收天线,其中N为正整数且满足1≤N<M。非合作接收机第n根天线上的基带信号可以表示为:
式中:gl,n表示发射机第l根天线与非合作接收机第n根天线之间的信道系数,其中n=0,1,…,N-1;
ne,n'表示发射机与非合作接收机第n根天线之间的加性高斯白噪声;
步骤B3:合作接收机对步骤B2得到的信号y'进行变换阶数为-4αM/M的四项加权分数傅里叶变换得到序列y,可以表示为:
式中:nb表示对nb'进行变换阶数为-4αM/M的四项加权分数傅里叶变换得到的结果,可以表示为:
此时,合作接收机可以获得的信噪比γb可以表示为:
式中:P0为发射机的总功率,是一个大于0的常数;
为合作方接收到的高斯白噪声的方差;
为验证本发明的可靠性,此处假设非合作接收机已知发射机所采用的变换参数,此时非合作接收机可以获得的最大信干噪比γe可以表示为:
式中:P0为发射机的总功率,是一个大于0的常数;
为非合作方接收到的高斯白噪声对应的方差;
ns和分别为非合作接收机以γe最大为目标而选择的接收天线的编号和分量编号,ns∈{0,1,…,N-1},/>
可以表示为:
其中l=0,1,…,M-1,j为虚数单位。
根据信息论中对安全容量的相关定义,本发明可以使系统达到的安全容量Cs可以表述为发射机与合作接收机和发射机与非合作接收机两个信道容量之间的差值。即:
Cs=[Cb-Ce]+
=[log2(1+γb)-log2(1+γe)]+
式中:[·]+=max(·,0)。
步骤B4:合作接收机对步骤B3得到的序列y进行解映射,恢复出0、1比特数据。
图4给出了本发明在非合作接收机已知广义多分数傅里叶变换的知识和发射机所有变换参数时,发射机和非合作接收机几组不同天线数条件下系统的安全容量随信噪比变化的曲线。
本发明采用广义多分数傅里叶变换将信号分解成多个分量,并分别对应到发射机的多根天线进行发射。对于合作接收机,其所接收到的全部信号能量都可以用于信息的恢复,因此不会造成能量的损失。但是对于非合作接收机,由于其接收到的信号不再满足广义多分数傅里叶变换各分量之间的约束关系,导致信号域的特征被破坏。因此,即使非合作接受机知道广义多分数傅里叶变换的知识及全部变换参数,也无法完全消除广义多分数傅里叶变换多个分量之间的互干扰。这些互干扰会导致非合作接收机接收到信号的信干噪比下降,进而保证了通信系统的物理层安全性能。
本发明的上述算例仅为详细地说明本发明的计算模型和计算流程,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动,这里无法对所有的实施方式予以穷举,凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (10)
1.一种基于广义多分数傅里叶变换的多分量安全传输方法,其特征在于,所述方法具体包括以下步骤:
在发射端
步骤A1:将信源产生的0、1比特数据进行基带映射,获得的调制结果为序列x0;
步骤A2:对序列x0进行1次归一化DFT,得到序列x1;对序列x0进行2次归一化DFT,得到序列x2;对序列x0进行3次归一化DFT,得到序列x3;
步骤A3:对序列x0、x1、x2和x3进行处理,分别得到M根天线上待发射的基带信号,其中,M表示发射机的天线数目;
第l根天线上待发射的基带信号pl为:
其中,ωi(4l/M)是xi的加权系数,i=0,1,2,3,Bl(αM)是广义多分数傅里叶变换的加权系数,αM是广义多分数傅里叶变换的变换阶数,β是保证发射机总功率恒定的系数,hl表示发射机的第l根天线与接收机之间的信道系数,表示hl的共轭;
广义多分数傅里叶变换的加权系数Bl(αM)表示为:
其中,j为虚数单位;
所述加权系数ωi(4l/M)表示为:
步骤A4:分别将M根天线上待发射的基带信号pl通过数/模转换器,获得M路模拟信号pl';
步骤A5:分别对M路模拟信号pl'进行上变频处理,获得M路上变频处理后的信号pl”,并将pl”通过发射机的第l根天线发射至信道,l=0,1,…,M-1;
在接收端
步骤B1:步骤A5发射的信号通过信道后到达合作方接收机,合作方接收机利用单天线对信号进行接收,并对接收到的信号进行下变频处理,获得下变频处理后的信号;
步骤B2:将步骤B1获得的下变频处理后的信号通过模/数转换器,获得信号序列y';
步骤B3:合作方接收机对步骤B2得到的信号序列y'进行变换阶数为-4αM/M的四项加权分数傅里叶变换得到序列y;
步骤B4:合作方接收机对步骤B3得到的序列y进行解映射,恢复出0、1比特数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于广义多分数傅里叶变换的多分量安全传输方法,其特征在于,所述序列x1、x2和x3的形式为:
其中:
其中,N为序列x0的长度,x0(n)为序列x0中的第n个值,x1(n)为序列x1中的第n个值,x2(n)为序列x2中的第n个值,x3(n)为序列x3中的第n个值,e是自然对数的底数,X0(k)为序列x0经过归一化离散傅里叶变换后得到的序列的第k个值,X1(k)为序列x1经过归一化离散傅里叶变换后得到的序列的第k个值,X2(k)为序列x2经过归一化离散傅里叶变换后得到的序列的第k个值,k=0,1,…,N-1。
3.根据权利要求2所述的一种基于广义多分数傅里叶变换的多分量安全传输方法,其特征在于,所述系数β的形式为:
4.根据权利要求3所述的一种基于广义多分数傅里叶变换的多分量安全传输方法,其特征在于,所述发射机的天线数目M的取值为大于等于4的整数。
5.根据权利要求4所述的一种基于广义多分数傅里叶变换的多分量安全传输方法,其特征在于,所述合作方接收机获得的信噪比γb表示为:
式中:P0为发射机的总功率;
为合作接收方接收到的高斯白噪声的方差。
6.根据权利要求5所述的一种基于广义多分数傅里叶变换的多分量安全传输方法,其特征在于,所述信号序列y'表示为:
其中,nb'表示发射机与合作方接收机之间的加性高斯白噪声信号;是变换阶数为4l/M的四项加权分数傅里叶变换的变换矩阵。
7.一种基于广义多分数傅里叶变换的多分量安全传输方法,其特征在于,所述方法在发射端的工作过程为:
步骤A1:将信源产生的0、1比特数据进行基带映射,获得的调制结果为序列x0;
步骤A2:对序列x0进行1次归一化DFT,得到序列x1;对序列x0进行2次归一化DFT,得到序列x2;对序列x0进行3次归一化DFT,得到序列x3;
步骤A3:对序列x0、x1、x2和x3进行处理,分别得到M根天线上待发射的基带信号,其中,M表示发射机的天线数目;
第l根天线上待发射的基带信号pl为:
其中,ωi(4l/M)是xi的加权系数,i=0,1,2,3,Bl(αM)是广义多分数傅里叶变换的加权系数,αM是广义多分数傅里叶变换的变换阶数,β是保证发射机总功率恒定的系数,hl表示发射机的第l根天线与接收机之间的信道系数,表示hl的共轭;
广义多分数傅里叶变换的加权系数Bl(αM)表示为:
其中,j为虚数单位;
所述加权系数ωi(4l/M)表示为:
步骤A4:分别将M根天线上待发射的基带信号pl通过数/模转换器,获得M路模拟信号pl';
步骤A5:分别对M路模拟信号pl'进行上变频处理,获得M路上变频处理后的信号pl”,并将pl”通过发射机的第l根天线发射至信道,l=0,1,…,M-1。
8.根据权利要求7所述的一种基于广义多分数傅里叶变换的多分量安全传输方法,其特征在于,所述序列x1、x2和x3的形式为:
其中:
其中,N为序列x0的长度,x0(n)为序列x0中的第n个值,x1(n)为序列x1中的第n个值,x2(n)为序列x2中的第n个值,x3(n)为序列x3中的第n个值,e是自然对数的底数,X0(k)为序列x0经过归一化离散傅里叶变换后得到的序列的第k个值,X1(k)为序列x1经过归一化离散傅里叶变换后得到的序列的第k个值,X2(k)为序列x2经过归一化离散傅里叶变换后得到的序列的第k个值,k=0,1,…,N-1。
9.根据权利要求8所述的一种基于广义多分数傅里叶变换的多分量安全传输方法,其特征在于,所述系数β的形式为:
10.根据权利要求9所述的一种基于广义多分数傅里叶变换的多分量安全传输方法,其特征在于,所述发射机的天线数目M的取值为大于等于4的整数。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110886557.XA CN113612571B (zh) | 2021-08-03 | 2021-08-03 | 一种基于广义多分数傅里叶变换的多分量安全传输方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110886557.XA CN113612571B (zh) | 2021-08-03 | 2021-08-03 | 一种基于广义多分数傅里叶变换的多分量安全传输方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113612571A CN113612571A (zh) | 2021-11-05 |
CN113612571B true CN113612571B (zh) | 2024-02-23 |
Family
ID=78339316
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202110886557.XA Active CN113612571B (zh) | 2021-08-03 | 2021-08-03 | 一种基于广义多分数傅里叶变换的多分量安全传输方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN113612571B (zh) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115412195B (zh) * | 2022-08-26 | 2024-02-27 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于非完美信道状态信息的广义多分数傅里叶变换多分量安全传输方法 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105049103A (zh) * | 2015-06-11 | 2015-11-11 | 哈尔滨工业大学 | 基于加权分数傅里叶变换的多业务空间叠加物理层保密通信方法 |
-
2021
- 2021-08-03 CN CN202110886557.XA patent/CN113612571B/zh active Active
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105049103A (zh) * | 2015-06-11 | 2015-11-11 | 哈尔滨工业大学 | 基于加权分数傅里叶变换的多业务空间叠加物理层保密通信方法 |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
Multicomponent Secure Transmission Based on GMFRFT With Imperfect CSI;heng dong等;《IEEE Communications Letters》;第26卷(第12期);全文 * |
Physical layer security: A WFRFT-basec cooperation approach;Xiaojie Fang;《 2017 IEEE International Conference on Communications (ICC)》;全文 * |
Secure Transmission for MISO Wiretap Channels Using General Multi-Fractional Fourier Transform: An Approach in Signal Domain;heng dong等;《 IEEE Transactions on Vehicular Technology 》;第71卷(第8期);全文 * |
WFRFT 变换域低检测概率信号设计与分析;《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》(第01期);全文 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN113612571A (zh) | 2021-11-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN112737985B (zh) | 基于深度学习的大规模mimo信道联合估计和反馈方法 | |
CN110212959B (zh) | 一种毫米波mimo-ofdm通信系统的混合预编码能效优化方法 | |
CN107276646B (zh) | 大规模mimo-ofdm上行链路迭代检测方法 | |
CN111371482B (zh) | 基于波束聚合的下行广播链路的毫米波mimo-noma方法 | |
CN111698183B (zh) | 多模涡旋波正交化自适应传输方法及装置 | |
Korpi et al. | DeepRx MIMO: Convolutional MIMO detection with learned multiplicative transformations | |
CN109150257B (zh) | 一种大规模mimo波束域安全多播无线传输方法 | |
CN113395096B (zh) | 一种fdd系统中基于深度学习的物理层安全传输方法 | |
Xie et al. | Massive unsourced random access for massive MIMO correlated channels | |
CN103929396A (zh) | Mimo-ofdm系统下行信息数据的处理方法 | |
Marseet et al. | Application of complex-valued convolutional neural network for next generation wireless networks | |
Jamali et al. | A low-complexity recursive approach toward code-domain NOMA for massive communications | |
CN111182550B (zh) | 大规模mimo系统在导频攻击下的攻击检测方法 | |
CN113612571B (zh) | 一种基于广义多分数傅里叶变换的多分量安全传输方法 | |
CN110881010B (zh) | 统计csi辅助的多用户noma下行传输方法 | |
Uwaechia et al. | Compressed channel estimation for massive MIMO-OFDM systems over doubly selective channels | |
Wang et al. | Channel estimation for wideband mmWave MIMO OFDM system exploiting block sparsity | |
Qiao et al. | Unsourced massive access-based digital over-the-air computation for efficient federated edge learning | |
CN110365421B (zh) | 一种单载波干扰抑制的多输入多输出水声通信方法 | |
Bhoyar et al. | Leaky least mean square (LLMS) algorithm for channel estimation in BPSK-QPSK-PSK MIMO-OFDM system | |
CN112929062B (zh) | 基于组稀疏的mimo干扰信道网络干扰对齐方法 | |
CN116760439A (zh) | 一种基于雷达通信一体化系统的鲁棒波束成形方法 | |
CN112134603B (zh) | Mu-mimo系统安全传输发射信号合成方法 | |
Lei et al. | Optimization of pre-processing filter for time-reversal multi-user secure transmission systems based on artificial noise | |
CN107248876B (zh) | 基于稀疏贝叶斯学习的广义空间调制符号检测方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |