基于空频联合加扰的无线通信信息安全传输方法

时间：2023-02-12 20:30:07　来源：柠檬阅读网本文已影响人

饶星星

（江西制造职业技术学院信息工程学院，江西南昌 330095）

由于信息安全传输是一个完整的过程，对可靠性的要求也就不仅仅是阻止非法用户解码，而是要保证在此过程中数据信息不会丢失，并且合法信道的容量足够大。因此，在设计无线通信信息安全传输方法的过程中，除了防御非法用户，对于无线通信终端的自身性能要求也更高[1-2]。因此在发展过程中，结合先进的技术手段，成为提高无线通信安全性能的重要途径。空频联合加扰算法，通过在正交方向上加入人工干扰的方式，阻止非法用户的窃听等行为。同时，该算法能够结合节点的有限码集特性，实现通信符号的私密信息解调。

在通信信息的定向传输和非定向传输过程中，无线通信的信道特征能够在一定时间内，对传输性能产生较大影响。如果衰落后的传输信号能够与原始信号的特征保持一致，那就表示信号幅值可以符合Rayleigh分布。信道幅度特征的表达公式为

式中，为的平均功率。由式（1）、式（2）可知，呈现出分布不均匀的特征，并且受到关联系数变化的影响。假设比特序列长度是已知变量，并且将对应信道的量化区间设定为两个及以上半径相等的同心圆，则信道幅度特征在量化区间内的表现特征表达公式为

在通信模式下节点之间相互联系并且相互影响的特征会更加明显。当待传输的通信信息体量较大时，需要选择最佳编码方式，进行解调等一系列操作[5]。只有中继节点能够顺利解码，才能证明信息的安全等级较高，否则需要启动预警机制。在合法链路中，单跳模式下的信道安全容量表达公式为

空频联合加扰算法的主要作用原理是以发送有用信号的方式，对窃听者的判断造成干扰。通常情况下，在通信信道传输过程中，都是以排在首位的载波为依据的，并在合法信道上向其发送导频数据，将通信信息均匀地布置在其他子载波上。载波因子的发射频率与通信信息安全传输方法的传输速率存在直接关联，当空频联合加扰在符号调制的过程中产生随机变量后，需要获取多天线的加权向量，具体表达如下：式中，分别为两个相邻的子载波；
为信道周期；
为OFDM符号的长度；
为加权后第个天线；
为第个子载波。根据式（6）可知，当满足高斯分布特征时，第一载波的信道状态与其余子载波的加权均值都等于0。根据似然准则，计算在第个载波上发送的通信信息的可接收SNR，如式（7）所示。

从一般性的角度考虑，通信信息的安全传输性能，除了与信道幅度特性有关，还与通信环境中的相位特性有关。安全速率能够直接体现无线通信信息的保密比特数，其数学表达公式为

5.1 实验准备

在本次仿真实验测试的过程中，保留一定程度的信道幅度特性，并假设信道幅度特征的偏差均为服从正态分布的指标。准备三台配置相同的无线电设备，设置频段范围为85 MHz～6 GHz，信道增益为50 dB，射频频点为2.5 GHz，并额外选择AD9361集成射频模块作为备用。同时，在Xilinx-ZYNQ450控制模块中，选择4ASK作为调制和解调的工具，并将采样频率设置为3.5 GHz。在模拟带宽为300 MHz的场景下，展开仿真测试。

5.2 结果分析

使用基于小波降噪的无线通信信息安全传输方法和基于区块链的无线通信信息安全传输方法进行对比分析。分别测试在不同功率分配系数条件下，三种无线通信信息安全传输方法的安全隐蔽率，具体如图1～3所示。

图1 功率分配系数3.5dB安全隐蔽率（%）

图2 功率分配系数8.0dB安全隐蔽率（%）

图3 功率分配系数25dB安全隐蔽率（%）

从图1～3可以看出，功率分配系数与安全隐蔽率之间是正比例关系，当功率分配系数不断变大时，三种无线通信信息安全传输方法的安全隐蔽率也随之升高。由此得出三种无线通信信息安全传输方法的安全隐蔽率均值，具体如表1所示。

表1 安全隐蔽率均值（%）

根据表1可知，本文中设计无线通信信息安全传输方法的安全隐蔽率均值为67.111%；
基于小波降噪的无线通信信息安全传输方法的安全隐蔽率均值为50.574%；
基于区块链的无线通信信息安全传输方法的安全隐蔽率均值为55.306%。由此可以看出，在三种相同的功率分配系数条件下，设计的无线通信信息安全传输方法在安全性能方面更具有优势。

本文设计的无线通信信息安全传输方法结合了空频联合加扰算法，是无线通信领域的一种有效突破。在性能方面突破了解码调解的限制，在一定程度上保证了合法用户的信息传输质量。面对可能出现频谱资源短缺的现象，文中的研究还缺乏一些深度，后续将不断改进。■

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