一種增強的物理層安全通信系統及其方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及通信系統技術領域，特別的，涉及一種增強的物理層安全通信系統及其方法。
【背景技術】
[0002]隨著無線通信系統的蓬勃發展，其通信安全問題受到越來越多的關注。無線通信系統由于其通信介質的開放性，使得任何用戶都可以接收到無線信道中的所有信號。惡意的無線竊聽可以導致信息(如通話信息、身份信息、位置信息、數據信息以及移動站與網絡控制中心之間的信令信息等)泄露。移動用戶的身份信息和位置信息的泄露可以導致移動用戶被無線跟蹤。
[0003]為了增強無線通信系統的安全性，相關研究機構提出各種在物理層實現安全通信的方法。例如:IEEE學術期刊Signal Processing Letter在2015年8月發表的學術論文Secure Relay and Jammer Select1n for Physical Layer Security 中提出節點選擇技術。節點選擇則通過一定的選擇準則對中繼節點(或者源節點、目標節點)進行選擇，以使得合法鏈路的有效信噪比最大化。
[0004]基于節點選擇的物理層安全通信方法，提供了可度量的安全通信評估與實現方法，但也存在明顯的缺點:選擇過程中當最優節點信噪比仍然較低時，通信過程依然進行，而此時安全容量較低或者為零。這種場景下主鏈路中的發射節點的功率實際上并沒有發揮有效安全傳輸的作用，而是被浪費。
【發明內容】
[0005]有鑒于此，本發明的目的是提供一種增強的物理層安全通信系統及其方法，本發明通過對接收端信道質量的估計值與預定義的門限值的對比以及反饋，獲得鏈路開啟或者關閉的狀態?目息，自適應地進彳丁鏈路開關切換，可有效減少無用功率的浪費，提尚有用功率的占比，在不影響原有通信體制的條件下，提升系統安全容量。實現了發射功率的有效利用，提高了系統安全容量。
[0006]本發明的目的是通過以下技術方案實現:一種增強的物理層安全通信系統，其特征在于:包括
信號質量估計模塊，負責對接收端接收信號的瞬時信道質量進行估計；
反饋模塊，負責將瞬時信道質量估計值從接收端反饋到發射端；
信號質量門限生成模塊，負責產生信道質量門限值；
比較器，負責對瞬時信道質量與信道質量門限值進行比較；
發射開關，負責對射頻模塊進行開關控制；
射頻模塊，負責將完整的物理層信號進行中頻處理并完成射頻調制，通過天線發射到無線信道中；
其中，所述信號質量估計模塊的輸出端與反饋模塊相連，所述反饋模塊和信號質量門限生成模塊均與比較器相連，所述比較器的輸出端與發射開關相連，所述發射開關的輸出端和射頻模塊相連。
[0007]—種增強的物理層安全通信方法，其特征在于，包括以下步驟:
51、由信號質量門限生成模塊提供預先定義好的門限值；
52、在接收端由信號質量估計模塊對接收端的瞬時信道質量進行估計，并通過反饋模塊向發射端進行反饋；
53、在發送端對上述步驟S1、S2得到的瞬時信道質量與門限值進行比較，如果瞬時信道質量大于門限值，則通過發射開關打開射頻模塊，使其正常工作；否則將關閉射頻模塊。
[0008]上述的一種增強的物理層安全通信方法，其特征在于:所述步驟S2中瞬時信道質量可通過接收信號的瞬時功率或者瞬時信噪比等指標進行測量，也可以是多個指標的組合，也可以是單次估計，也可以根據若干次估計值進行加權平均。
[0009]上述的一種增強的物理層安全通信方法，其特征在于，包括以下步驟:所述步驟S2中反饋模塊向發射端進行反饋可通過專用反饋信道進行，也可與正常數據一起傳輸到發射端。
[0010]上述的一種增強的物理層安全通信方法，其特征在于:所述步驟SI中的門限值可采用信道的瞬時功率或者瞬時信噪比等指標，也可以是多個指標的組合，也可以是經預先定義的固定值。
[0011]本發明的有益效果是:本發明通過對接收端信道質量的估計值與預定義的門限值的對比和反饋，獲得鏈路開啟或者關閉的狀態信息，自適應進行簡單的鏈路切換，可有效減少無用功率的浪費，提高有用功率的占比，在不影響原有通信體制的條件下，提升系統安全容量。實現了發射功率的有效利用，提高了系統安全容量。
【附圖說明】
[0012]圖1顯示了本發明的系統總體結構框圖。
【具體實施方式】
[0013]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面結合附圖對本發明作進一步的詳細說明。應該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本發明的范圍。此外，在以下說明中，省略了對公知結構和技術的描述，以避免不必要地混淆本發明的概念。
[0014]如圖1所示，一種增強的物理層安全通信系統，其特征在于:包括信號質量估計模塊1，負責對接收端接收信號的瞬時信道質量進行估計；
反饋模塊2，負責將瞬時信道質量估計值從接收端反饋到發射端；
信號質量門限生成模塊3，負責產生信道質量門限值；
比較器4，負責對瞬時信道質量與信道質量門限值進行比較；
發射開關5，負責對射頻模塊進行開關控制；
射頻模塊6，負責將完整的物理層信號進行中頻處理并完成射頻調制，通過天線發射到無線信道中；
其中，所述信號質量估計模塊I的輸出端與反饋模塊2相連，所述反饋模塊2和信號質量門限生成模塊3均與比較器4相連，所述比較器4的輸出端與發射開關5相連，所述發射開關5的輸出端和射頻模塊6相連。
[0015]—種增強的物理層安全通信方法，其特征在于，包括以下步驟:
51、由信號質量門限生成模塊3提供預先定義好的門限值；
52、在接收端由信號質量估計模塊I對接收端的瞬時信道質量進行估計，并通過反饋模塊2向發射端進行反饋；
53、在發送端對上述步驟S1、S2得到的瞬時信道質量與門限值進行比較，如果瞬時信道質量大于門限值，則通過發射開關5打開射頻模塊6，使其正常工作；否則將關閉射頻模塊6。
[0016]本實施例中，所述步驟S2中瞬時信道質量可通過接收信號的瞬時功率或者瞬時信噪比等指標進行測量，也可以是多個指標的組合，也可以是單次估計，也可以根據若干次估計值進行加權平均。
[0017]本實施例中，所述步驟S2中反饋模塊2向發射端進行反饋可通過專用反饋信道進行，也可與正常數據一起傳輸到發射端。
[0018]本實施例中，所述步驟SI中的門限值可采用信道的瞬時功率或者瞬時信噪比等指標，也可以是多個指標的組合，也可以是經預先定義的固定值。
[0019]本實施例的安全通信系統通過預定義的門限值對發射鏈路進行實時控制，當主鏈路的信道質量低于門限值時，關閉發射鏈路，節約功率；當主鏈路的信道質量高于門限值時，正常開啟發射鏈路，物理層信號進行中頻處理并完成射頻調制后，通過天線發射到無線信道中。通過實時的鏈路控制，可減少無用的傳輸功率浪費，有助于將有限功率用于有效安全傳輸中，從而提高系統的安全容量。
[0020]應當理解的是，本發明的上述【具體實施方式】僅僅用于示例性說明或解釋本發明的原理，而不構成對本發明的限制。因此，在不偏離本發明的精神和范圍的情況下所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。此外，本發明所附權利要求旨在涵蓋落入所附權利要求范圍和邊界、或者這種范圍和邊界的等同形式內的全部變化和修改例。
【主權項】
1.一種增強的物理層安全通信系統，其特征在于:包括 信號質量估計模塊(1)，負責對接收端接收信號的瞬時信道質量進行估計； 反饋模塊(2)，負責將瞬時信道質量估計值從接收端反饋到發射端； 信號質量門限生成模塊(3)，負責產生信道質量門限值； 比較器(4)，負責對瞬時信道質量與信道質量門限值進行比較； 發射開關(5)，負責對射頻模塊進行開關控制； 射頻模塊(6)，負責將完整的物理層信號進行中頻處理并完成射頻調制，通過天線發射到無線信道中； 其中，所述信號質量估計模塊(I)的輸出端與反饋模塊(2)相連，所述反饋模塊(2)和信號質量門限生成模塊(3)均與比較器(4)相連，所述比較器(4)的輸出端與發射開關(5)相連，所述發射開關(5)的輸出端和射頻模塊(6)相連。2.根據權利要求1所述的一種增強的物理層安全通信方法，其特征在于，包括以下步驟: 51、由信號質量門限生成模塊(3)提供預先定義好的門限值； 52、在接收端由信號質量估計模塊(I)對接收端的瞬時信道質量進行估計，并通過反饋模塊(2)向發射端進行反饋； 53、在發送端對上述步驟S1、S2得到的瞬時信道質量與門限值進行比較，如果瞬時信道質量大于門限值，則通過發射開關(5)打開射頻模塊(6)，使其正常工作；否則將關閉射頻模塊(6)。3.根據權利要求2所述的一種增強的物理層安全通信方法，其特征在于:所述步驟S2中瞬時信道質量可通過接收信號的瞬時功率或者瞬時信噪比等指標進行測量，也可以是多個指標的組合，也可以是單次估計，也可以根據若干次估計值進行加權平均。4.根據權利要求2所述的一種增強的物理層安全通信方法，其特征在于，包括以下步驟:所述步驟S2中反饋模塊(2)向發射端進行反饋可通過專用反饋信道進行，也可與正常數據一起傳輸到發射端。5.根據權利要求2所述的一種增強的物理層安全通信方法，其特征在于:所述步驟SI中的門限值可采用信道的瞬時功率或者瞬時信噪比等指標，也可以是多個指標的組合，也可以是經預先定義的固定值。
【專利摘要】本發明公開了一種增強的物理層安全通信系統及其方法，其特征在于：包括信號質量估計模塊，負責對接收端接收信號的瞬時信道質量進行估計；反饋模塊，負責將瞬時信道質量估計值從接收端反饋到發射端；信號質量門限生成模塊，負責產生信道質量門限值；比較器，負責對瞬時信道質量與信道質量門限值進行比較；發射開關，負責對射頻模塊進行開關控制；射頻模塊，負責將完整的物理層信號進行中頻處理并完成射頻調制，通過天線發射到無線信道中；其中，信號質量估計模塊的輸出端與反饋模塊相連，反饋模塊和信號質量門限生成模塊均與比較器相連，比較器的輸出端與發射開關相連，發射開關的輸出端和射頻模塊相連。本發明效率較高，安全可靠，安全容量高。
【IPC分類】H04W12/00
【公開號】CN105050078
【申請號】CN201510406951
【發明人】鄧單
【申請人】廣州番禺職業技術學院
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年7月13日