CN109714087B - 基于最大化窃听方误码率的人工噪声生成方法 - Google Patents
基于最大化窃听方误码率的人工噪声生成方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109714087B CN109714087B CN201910077983.1A CN201910077983A CN109714087B CN 109714087 B CN109714087 B CN 109714087B CN 201910077983 A CN201910077983 A CN 201910077983A CN 109714087 B CN109714087 B CN 109714087B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- artificial noise
- eavesdropper
- signal vector
- error rate
- antenna
- 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 14
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims abstract description 30
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 13
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 claims description 4
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 5
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 241000287196 Asthenes Species 0.000 description 1
- 238000007476 Maximum Likelihood Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- URWAJWIAIPFPJE-YFMIWBNJSA-N sisomycin Chemical compound O1C[C@@](O)(C)[C@H](NC)[C@@H](O)[C@H]1O[C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O[C@@H]2[C@@H](CC=C(CN)O2)N)[C@@H](N)C[C@H]1N URWAJWIAIPFPJE-YFMIWBNJSA-N 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Radio Transmission System (AREA)
Abstract
本发明属于通信抗干扰技术领域,涉及一种基于最大化窃听方误码率的人工噪声生成方法。本发明提出了添加人工噪声的GSM‑MIMO***中一种基于最大化窃听方误码率的人工噪声生成算法。该算法通过最大化干扰GSM‑MIMO***的窃听方欲解调出的信号为人工噪声的生成准则,寻找人工噪声的最佳逼近解,在保证原发送信号向量不受影响的前提下,有效实现了对窃听方的误码率性能的干扰。相比于传统的人工噪声***,既在合法接收方产生了一定的性能增益,又大大恶化了窃听方的性能,使得***的安全性进一步提升。
Description
技术领域
本发明属于通信抗干扰技术领域,涉及一种基于最大化窃听方误码率的人工噪声生成方法。
背景技术
MIMO***的基本原理是在无线通信传输***的收发设备上均采用多根天线进行数据的发送传输与接收,使空间成为一种可以提高***性能的资源,通过对传输空间的自由度进行了挖掘形成空间并行传输通道,从而实现高的通信容量和频谱利用率。相比传统的SISO***,MIMO***通过对空间自由度的充分利用,可以带来额外的分集,复用和波束成型增益。
出于提升频谱效率的目的,GSM作为一种新型的MIMO技术而提出,其在每个时隙激活多于1根发射天线用以传输更多的符号,保留了SM的主要优势。因此,GSM采用的策略是选择天线组合,并在每根天线上传输不同的符号,进而提升了整体的频谱效率。GSM拥有接收方解调复杂度低的优势,但同时也有向窃听方泄露信息的风险。人工噪声技术作为一个新型的物理层技术而提出可以较好地提升空间调制的安全性。但是传统的人工噪声采取的生成方式为独立的高斯白噪声,不仅造成了发射功率的浪费,而且对窃听方的干扰程度不尽理想。
发明内容
针对传统人工噪声***的对窃听方干扰程度不尽理想的问题,本发明提出一种基于最大化窃听方误码率的人工噪声生成方法。
为更好地对本发明进行说明,先介绍本发明技术方案所用到的术语和***结构。
MIMO:MIMO技术指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线,使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收,从而改善通信质量。
AN:人工噪声技术指人为在发送信号向量中添加不影响合法接受方解调的噪声,使窃听方受到人为添加的噪声的干扰,从而提高安全性的物理层技术。
图1所示为本发明添加最大化窃听方误码率的人工噪声的GSM-MIMO***框图:
发射机结构大致分为如下几步:
步骤1:确定要选择的***的参数,即确定发射天线个数Nt,激活天线个数Na,接收天线个数Nr,调制方式。
步骤2:对发射信号比特进行广义空间调制,得到发送信号向量。利用信道信息和发送信号向量计算生成的人工噪声,并与发送信号向量相加,然后发射信号,接收端再进行检测。
本发明采用的技术方案为:
初始化
GSM-MIMO***中,发送天线,激活天线,合法方接收天线和窃听方接收天线的数目分别为Nt,Na,Nr和Ne,且考虑到人工噪声的生成条件,有Na>Nr。发送信号向量表示为则合法方接收信号向量和窃听方接收信号分别为
y=HSi+u,
z=GSi+v。
其中,和分别表示合法方和窃听方的信道矩阵,H和G的每个元素都是均值为0方差为1的复高斯随机变量,和表示加性高斯白噪声向量,u和v的每个元素都是均值为0的复高斯随机变量,方差分别为和Si表示发送信号向量,其生成方式为发送方从Nt根天线中选出Na根,这Na根天线的选择方式有种,因此,通过激活天线索引所传输的信息量为比特,此外,通过每根激活天线上传输的符号为M阶星座图中的一个幅度/相位调制符号,所以总的每时隙传输比特数为
在本发明中,接收方使用极大似然解调(ML)规则。在窃听方已知其信道矩阵G的情况下,可完全正确的解调出发送的信号。故采取在发送信号向量中添加人工噪声的技术来干扰窃听方。
人工噪声生成:
S1.计算H的0空间V0
考虑到人工噪声只能添加在激活天线的符号上,故按照如下方式生成V0:
因此新的发送信号向量可以构造为原发射向量与人工噪声相加
由于V0是H的零空间,故人工噪声不会对合法接收方造成干扰,合法方接收信号向量y和窃听方接收信号z分别为
y=HSi+u,
z=GSi+GV0R+v。
S2.计算基于最大化窃听方误码率的人工噪声生成算法
在本发明中,发送方不知道窃听方的信道矩阵G,这与大多数现实情况相吻合。为了最大化窃听方误码率,发射方选择改变生成矩阵R,使得Si+V0R尽可能地逼近另一个发送信号向量Sj,为了保证R的随机性,Sj可以从不同于Si的其他可能的发送信号向量中随机选择。则问题转化为寻找下式的最佳逼近解
V0R=Sj-Si,
不失一般性,上式方程为不相容方程,R的最佳逼近解为
S3.将S1和S2中求解出的生成矩阵R带入到新的发送信号向量中
S=Si+V0R,
即完成了所有操作。
本发明的有益效果为:
本发明提出了添加人工噪声的GSM-MIMO***中一种基于最大化窃听方误码率的人工噪声生成算法。该算法通过最大化干扰GSM-MIMO***的窃听方欲解调出的信号为人工噪声的生成准则,寻找人工噪声的最佳逼近解,在保证原发送信号向量不受影响的前提下,有效实现了对窃听方的误码率性能的干扰。相比于传统的人工噪声***,既在合法接收方产生了一定的性能增益,又大大恶化了窃听方的性能,使得***的安全性进一步提升。
附图说明
图1:本发明提出的最大化窃听方人工噪声的GSM-MIMO***框图;
图2:采用传统的人工噪声生成算法和本发明提出的人工噪声生成算法时的BER性能比较示意图。
具体实施方式
在发明内容部分已经对本发明的技术方案进行了详细描述,下面结合附图和仿真示例说明本发明的实用性。
如图2所示,(a)和(b)分别给出了Nt=4,Na=3,Nr=4,Ne=32,采用BPSK调制的添加传统人工噪声的GSM-MIMO***在功率分配系数分别为0.5,0.8时与本发明提出的最大化窃听方误码率的人工噪声生成算法的BER性能比较。从图2(a)可以看出,当功率分配系数θ=0.5时,即分配给有效信号的功率占总功率的0.5时,本发明提出的方法相比于传统算法在合法接收方产生了4dB左右的增益,且同时将窃听发的可达误码率从0.1左右增大到了0.3左右。图2(b)中的结果表明,当功率分配系数θ=0.8时,本发明提出的方法相比于传统算法在合法接收方产生了1dB左右的增益,且同时将窃听发的可达误码率从0.01左右增大到了0.3左右。可见,本发明提出的最大化窃听方误码率的人工噪声生成算法既在合法接收方产生了一定增益,又很大程度上增大了窃听方可达的误码率,使得***的安全性得到巨大的提升。
Claims (1)
1.基于最大化窃听方误码率的人工噪声生成方法,该方法用于GSM-MIMO***,定义***中发送天线,激活天线,合法方接收天线和窃听方接收天线的数目分别为Nt,Na,Nr和Ne,且Na>Nr;发送信号向量为则合法方接收信号向量和窃听方接收信号分别为:
y=HSi+u
z=GSi+v
其中,和分别表示合法方和窃听方的信道矩阵,H和G的每个元素都是均值为0方差为1的复高斯随机变量,和表示加性高斯白噪声向量,u和v的每个元素都是均值为0的复高斯随机变量,方差分别为和Si表示发送信号向量,其生成方式为发送方从Nt根天线中选出Na根,这Na根天线的选择方式有种,因此,通过激活天线索引所传输的信息量为比特,令通过每根激活天线上传输的符号为M阶星座图中的一个幅度/相位调制符号,所以总的每时隙传输比特数为其特征在于,所述人工噪声生成方法包括:
S1、生成H的0空间V0:
将新的发送信号向量构造为原发射向量与人工噪声相加
S=Si+V0R
y=HSi+u
z=GSi+GV0R+v
S2、基于最大化窃听方误码率,求解生成矩阵R:
改变生成矩阵R,使得Si+V0R逼近另一个发送信号向量Sj,Sj为从不同于Si的其他可能的发送信号向量中随机选择,则问题转化为寻找下式的最佳逼近解
V0R=Sj-Si
上式方程为不相容方程,R的最佳逼近解为
S3、将求解出的生成矩阵R带入到新的发送信号向量中,获得添加人工噪声后的发送信号向量:
S=Si+V0R。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910077983.1A CN109714087B (zh) | 2019-01-28 | 2019-01-28 | 基于最大化窃听方误码率的人工噪声生成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910077983.1A CN109714087B (zh) | 2019-01-28 | 2019-01-28 | 基于最大化窃听方误码率的人工噪声生成方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN109714087A CN109714087A (zh) | 2019-05-03 |
CN109714087B true CN109714087B (zh) | 2021-02-12 |
Family
ID=66262949
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201910077983.1A Active CN109714087B (zh) | 2019-01-28 | 2019-01-28 | 基于最大化窃听方误码率的人工噪声生成方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN109714087B (zh) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110213816A (zh) * | 2019-05-24 | 2019-09-06 | 南京理工大学 | 基于安全空间调制的低复杂度高性能功率分配方法 |
CN110798282B (zh) * | 2019-10-28 | 2022-08-30 | 哈尔滨工业大学 | 软件无线电miso***的人工噪声实现方法 |
CN110880950A (zh) * | 2019-11-13 | 2020-03-13 | 电子科技大学 | Mimo***中人工噪声辅助矢量扰动预编码的安全传输方法 |
CN111585621B (zh) * | 2020-04-21 | 2022-05-03 | 电子科技大学 | 基于最大化人工噪声功率的天线选择的通信方法 |
CN111585620A (zh) * | 2020-04-21 | 2020-08-25 | 电子科技大学 | 基于最小化发射功率的人工噪声辅助的广义空间调制方法 |
WO2022061513A1 (zh) * | 2020-09-22 | 2022-03-31 | 华为技术有限公司 | 无线通信方法和装置 |
CN115865581B (zh) * | 2022-11-02 | 2024-04-19 | 电子科技大学 | 基于主成分分析的人工噪声消除方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105577329A (zh) * | 2015-12-23 | 2016-05-11 | 西安交通大学 | 基于空间调制的物理层安全传输方法 |
KR101625795B1 (ko) * | 2015-04-09 | 2016-05-31 | 한국과학기술원 | 능동적인 도청자를 대비한 인공 잡음 및 보안보호구역을 활용한 보안 향상 방법 및 시스템 |
CN106850012A (zh) * | 2016-12-12 | 2017-06-13 | 西安交通大学 | 一种利用空间调制技术的物理层安全传输方法 |
CN108683443A (zh) * | 2018-05-11 | 2018-10-19 | 北京邮电大学 | 一种基于零空间的空间调制物理层安全传输方法 |
CN108736936A (zh) * | 2018-05-18 | 2018-11-02 | 西安交通大学 | 一种多天线***中抗窃听的索引调制正交频分复用传输方法 |
-
2019
- 2019-01-28 CN CN201910077983.1A patent/CN109714087B/zh active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101625795B1 (ko) * | 2015-04-09 | 2016-05-31 | 한국과학기술원 | 능동적인 도청자를 대비한 인공 잡음 및 보안보호구역을 활용한 보안 향상 방법 및 시스템 |
CN105577329A (zh) * | 2015-12-23 | 2016-05-11 | 西安交通大学 | 基于空间调制的物理层安全传输方法 |
CN106850012A (zh) * | 2016-12-12 | 2017-06-13 | 西安交通大学 | 一种利用空间调制技术的物理层安全传输方法 |
CN108683443A (zh) * | 2018-05-11 | 2018-10-19 | 北京邮电大学 | 一种基于零空间的空间调制物理层安全传输方法 |
CN108736936A (zh) * | 2018-05-18 | 2018-11-02 | 西安交通大学 | 一种多天线***中抗窃听的索引调制正交频分复用传输方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Multi-objective shortest path problem with;Zero L;《2017 5th IEEE International Conference on Models and Technologies for Intelligent Transportation Systems》;20170818;全文 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN109714087A (zh) | 2019-05-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109714087B (zh) | 基于最大化窃听方误码率的人工噪声生成方法 | |
US9813278B1 (en) | Quadrature spatial modulation system | |
CN110086743B (zh) | 一种基于差分编码的短突发mimo-ofdm通信***及方法 | |
CN109167649B (zh) | 一种gsm-mbm***低复杂度检测方法 | |
CN111585620A (zh) | 基于最小化发射功率的人工噪声辅助的广义空间调制方法 | |
CN111585629B (zh) | 一种发送预编码辅助的差分波束空间调制传输与盲检测方法 | |
Elsayed et al. | Fully generalised spatial modulation | |
CN110176952B (zh) | 安全空间调制网络中天线选择方法 | |
CN111917443A (zh) | 多输入多输出***信号发送和接收方法 | |
Bouida et al. | Adaptive spatial modulation for spectrally-efficient MIMO systems | |
CN109462429B (zh) | 大规模多输入多输出毫米波***的波束域调制装置及方法 | |
Xiao et al. | Low-complexity tree search-based detection algorithms for generalized spatial modulation aided single carrier systems | |
CN110289894B (zh) | 一种新型调制方法 | |
Cheng et al. | MIMO-OFDM PHY integrated (MOPI) scheme for confidential wireless transmission | |
CN116614165A (zh) | 一种智能反射面辅助的空间调制***反射系数优化方法 | |
CN101350648A (zh) | 一种实现发射的方法、***及发射机 | |
CN111404587A (zh) | 一种基于共轭预编码的多用户mimo对称信道特征获取方法 | |
CN111585621B (zh) | 基于最大化人工噪声功率的天线选择的通信方法 | |
CN111698004B (zh) | 一种空间相关信道下协作空间调制***中功率分配方法 | |
CN110365374B (zh) | 基于多相控阵方向调制的安全精准无线传输方法 | |
EP1985051B1 (en) | Method of multiple-antenna communication having improved utilization of channel correlations | |
CN111835393A (zh) | 一种基于白化滤波的最大化接收功率的波束成形方法 | |
CN113708813A (zh) | 一种基于波束赋形的多用户空间调制方法 | |
Sergienko et al. | Combining Index Modulation with Codebooks for Noncoherent Reception | |
CN106953674B (zh) | 空间调制方法和*** |
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 |