一种上行非正交多址接入隐蔽无线通信方法及系统

1.本发明涉及无线网络信息传输的技术领域，尤其涉及一种基于双门限配对的上行非正交多址接入隐蔽无线通信方法及系统。


背景技术：

2.随着第五代移动通信相关研究和技术的迅速推进，物联网设备逐渐从连接人与人、人与物到物与物的阶段转变，万物互联时代的到来使得人类生产生活得到了极大的便捷。然而，由于海量设备的接入，巨大的连接需求给第五代移动通信系统有限的通信资源利用方面提出了严峻的挑战。作为一种有望提高用户的接入量和频谱效率的关键技术之一，非正交多址接入技术受到工业界和学术界的广泛关注。典型的非正交多址接入技术包括功率域非正交多址接入和编码域非正交多址接入，其中功率域非正交多址接入因实现简单且能与多种现有通信技术融合而被广泛研究。在功率域非正交多址接入技术中，多个用户通过适当的配对后在同一个资源块上同时传输信息，接收端通过串行干扰消除技术来区分多个共享同一非正交资源的用户信息，其中，合理的用户配对是降低接收端串行干扰消除失败，增大用户连接数量，提升系统性能的关键。
3.与此同时，由于无线信道的开放特性，非正交多址接入系统中信息传输的安全性也逐渐引起人们的关注。传统的通信安全机制主要依靠加解密算法的计算复杂度来保证信息的安全传输，然而，基于计算复杂度的通信安全机制难以保证信息的绝对安全。作为传统安全机制的一种补充，物理层安全技术利用无线信道的衰落特性保证了信息传输的安全性，实现了香农信息论意义下的绝对安全。值得指出的是，传统基于加密和基于物理层安全的信息安全传输机制仅仅保护信息的内容不被非法的窃听节点破译，更多关注于传输信息本身的安全性，却忽视了信息传输过程的不可检测性。实际上，窃听节点进行信息破译的基础是对信息传输行为的正确检测，因此，通过隐藏无线传输行为可以实现更强的安全性能。此外，在战场态势监控、无人机侦察等军事应用场景，监测者可能并不关心信息的具体内容，而更加关注于传输行为的存在。一旦监测到信息传输过程的发生，其可能会采取诸如全频段大功率干扰，甚至是采用物理攻击等手段破坏信息传输过程。隐蔽无线通信技术通过利用无线通信环境的随机性来隐藏无线传输行为，保证信息传输的不可检测，吸引了研究人员的注意。具体来说，在隐蔽通信技术中，源节点通过采取适当地信号处理技术后以较低的功率发送隐私消息，从而将隐私信号传输行为巧妙地隐藏在背景噪声或者无线环境中的其他信号中，因源节点并不是一直持续地发送消息，监测节点很难准确地推断出所观测到的信号中是否包含隐私消息。
4.在非正交多址接入系统中，需求各异的用户为隐蔽通信设计提供了大量的掩体，公开用户基于截断信道反转功率控制策略来动态调整其发送功率，使得目的节点收到的公开用户信号功率为恒定值，同时为隐蔽用户提供随机功率的掩体，协助隐蔽用户隐藏其无线传输行为。然而，上述文献中考虑隐蔽用户以0.5的先验概率与公开用户进行随机配对，没有考虑无线信道的随机衰落特性对用户配对的影响，增大了目的节点处串行干扰消除的
失败的可能性，甚至在隐蔽用户信道质量较好的条件下，目的节点无法进行串行干扰消除，从而影响其对公开用户和隐蔽用户的译码性能。实际上，隐蔽通信要求隐蔽用户机会的发送隐私信息，这意味着隐蔽用户并不是一直发送消息。因此，如果能通过合理方案设计使得隐蔽用户仅在串行干扰消除概率高的时候与公开用户进行配对传输信息，系统的性能将得到显著提升，而相关的研究未有出现过。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种基于双门限配对的上行非正交多址接入隐蔽无线通信方法及系统，该方法中隐蔽用户基于瞬时信道增益设置双门限来与公开用户配对传输，降低隐蔽用户的隐私信号对目的节点译码公开用户信号的影响，减小目的节点非理想串行干扰消除对译码隐蔽用户信号的干扰，提升隐蔽用户有效隐蔽速率。
6.为实现上述目的，本发明提供一种上行非正交多址接入隐蔽无线通信方法，所述方法包括以下步骤：步骤s1：信道计算；目的节点b在每个时隙开始广播导频信号，隐蔽用户a利用接收到的导频信号计算当前时隙目的节点b到自己的瞬时信道增益，进而根据信道互易性得到自己到目的节点b的瞬时信道增益；步骤s2：接入配对；隐蔽用户a根据计算得到的瞬时信道增益与门限值、的比较来确定当前时隙是否满足配对条件，在满足配对条件的情况下与公开用户r进行配对传输；步骤s3：信息编码；公开用户r采用与目的节点b共享的高斯码本对公开信号进行编码，形成非隐私数据包；隐蔽用户a采用与目的节点b共享的高斯码本对隐私信号进行编码，形成隐私数据包；步骤s4：信息发送；公开用户r以随机的发送功率将非隐私数据包通过无线信道发送到目的节点b；与此同时，在满足配对条件的情况下，隐蔽用户a采用固定功率将隐私数据包发送到目的节点b；步骤s5：信息译码；目的节点b根据接收信号进行译码；当隐蔽用户a与公开用户r进行配对传输时，目的节点b首先将隐蔽用户a发送的隐私信号当作干扰译码公开用户r的非隐私信号，将译码后的非隐私信号进行重编码并将其从接收信号中减去，而后译码隐蔽用户a发送的隐私信号。
7.进一步，步骤s1中，所述信道计算方法适用于信道互易的时分双工系统，隐蔽用户a利用接收到的导频信号计算当前时隙目的节点b到自己的瞬时信道增益，其中，和分别表示目的节点b处的导频信号接收功率和隐蔽用户a处的导频信号发送功率；根据信道互易性，隐蔽用户a可以得到自己到目的节点b的瞬时信道增益。
8.进一步，步骤s2中，当隐蔽用户a到目的节点b的瞬时信道增益值满足时，隐蔽用户a与公开用户r配对传输，否则隐蔽用户a保持静默；隐蔽用户a接入配对成功的概率为，接入配对不成功的概率为，其中表示取概率操作。
9.进一步，步骤s2中，隐蔽用户a接入配对门限值、的设置条件为满足平均隐蔽约束和对公开用户干扰约束的前提下最大化隐蔽用户的有效隐蔽速率。
10.进一步，满足平均隐蔽约束的计算方式如下：平均隐蔽约束要求第三方监测节点w根据每个时隙的观测信号来判断隐蔽用户a是否有数据包发送时，在给定的容忍水平时随机猜测，监测节点w平均的判决错误概率不低于，而监测节点w判决错误的概率包括虚警概率和漏检概率，虚警概率表示隐蔽用户a没有数据包发送而监测节点w判决隐蔽用户a有数据包发送；漏检概率表示隐蔽用户a有数据包发送而监测节点w判决隐蔽用户a没有数据包发送；在一个时隙内，监测节点w的观测信号表示为： 其中，表示信道使用索引值，和表示公开用户r和隐蔽用户a的发送功率，和分别表示公开用户r到监测节点w和隐蔽用户a到监测节点w的路径损耗，和分别表示公开用户r到监测节点w和隐蔽用户a到监测节点w的小尺度衰落，和分别表示公开用户r和隐蔽用户a在第个信道使用上发送的信号；表示监测节点w处在第个信道使用上观测到的噪声；表示隐蔽用户a在当前时隙没有数据包发送，表示隐蔽用户a在当前时隙有数据包发送。
11.进一步，监测节点w根据观测信号的平均能量进行判决，考虑信道使用满足大数定律，则基于能量计的判决可以表示为：
12.其中，和分别表示监测节点w判决隐蔽用户a在当前时隙没有/有数据包发
送，表示监测节点w根据先验知识设置的最优判决门限值。此时，监测节点w仍然可能出现判决错误，其虚警概率为，而漏检概率为，总的错误检测概率为，和分别表示隐蔽用户a先验静默和发送的概率；通过对错误检测概率取平均得到平均错误检测概率，平均隐蔽约束要求平均错误检测概率不小于，。
13.进一步，满足对公开用户干扰约束的计算方式如下：对公开用户的干扰约束要求隐蔽用户a的隐蔽通信对公开用户r的干扰不能超过给定的阈值，当隐蔽用户a和公开用户r采用非正交多址接入发送数据包时，目的节点b首先带着隐蔽用户a的干扰译码公开用户r的数据包，此时，目的节点b译码公开用户r数据包时的接收信噪比为：其中，满足，表示目的节点b处的噪声方差；此时，对于编码速率为的无线传输，目的节点b译码公开用户r的中断概率可以表示为：其中，表示满足事件的条件下，事件发生的概率。对公开用户的干扰约束要求，其中为预先给定的干扰容忍值。
14.进一步，最大化隐蔽用户的有效隐蔽速率的计算方式如下：在满足隐蔽约束和对公开用户r的干扰约束条件下，隐蔽用户a可靠地向目的节点b传输的最大信息速率；当目的节点b译码隐蔽用户a传输的数据包时，根据其译码公开用户r的结果分为以下两种情况：当目的节点b成功译码公开用户r的数据包后，利用串行干扰消除技术，目的节点b处译码隐蔽用户a数据包时的信噪比为：此时，对于编码速率为的无线传输，目的节点b译码隐蔽用户a的中断概率可以表示为：
当目的节点b译码公开用户r的数据包失败时，公开用户r对隐蔽用户a干扰无法完全消除而是部分遗留，遗留系数为，此时，目的节点b处译码隐蔽用户a数据包时的信噪比为：此时，对于编码速率为的无线传输，目的节点b译码隐蔽用户a的中断概率可以表示为：综上，目的节点b处译码隐蔽用户a数据包时的中断概率可以表示为：据此，隐蔽用户的有效隐蔽速率可以表示为，隐蔽用户a接入配对门限值、和发送功率的最优可通过求解如下优化问题得到。
15.进一步，步骤3中的信息编码时，公开用户r和隐蔽用户a均采用仅与目的节点b共享的高斯码本对信息进行编码，除了目的节点b以外的第三方节点在收到信息后无法直接译码。
16.进一步，步骤s4中，信息传输时，每个时隙公开用户r的发送功率在其最大值和最小值之间随机且等概率地选择；隐蔽用户a的发送功率设置为在满足隐蔽约束和对公开用户干扰约束的前提下最大化隐蔽用户的有效隐蔽速率。
17.另一方面，本发明提供一种上行非正交多址接入隐蔽无线通信系统，所述系统用于实现根据本发明所述的方法；系统包含一个公开用户r，一个隐蔽用户a，一个目的节点b
和一个监测节点w，所有的节点均配置单天线，工作在半双工模式下；为了协助隐蔽用户a隐藏其隐私消息传输，公开用户r持续地以随机功率向目的节点发送不涉及隐私到的消息，隐蔽用户a与公开用户r配对后以固定功率向目的节点b发送隐私消息；当隐蔽用户a与公开用户r采用上行非正交多址接入同时发送数据包时，目的节点b采用串行干扰消除技术首先译码公开用户r的信息，而后从接收信号中减去公开用户r的非隐私信号后译码隐蔽用户a发送的隐私信号；当隐蔽用户a没有隐私数据包发送时，目的节点b直接译码公开用户r的非隐私信号。
18.本发明提供的上行非正交多址接入隐蔽无线通信方法及系统，在具体操作时，隐蔽用户a根据其与目的节点b的信道增益设置双门限来与公开用户r进行配对，当隐蔽用户a与目的节点b之间的信道增益在两个门限值之间时，隐蔽用户a与公开用户r配对并发送隐私数据包，否则隐蔽用户a保持静默，从而降低隐蔽用户a的隐私信号对目的节点b译码公开用户r信号的影响，减小目的节点bob非理想串行干扰消除对译码隐蔽用户a信号的干扰，与无门限随机配对的上行非正交多址接入隐蔽无线通信方法相比，本发明在相同条件下能获得更高的有效隐蔽速率。
附图说明
19.图1示出了根据本发明实施例的上行非正交多址接入隐蔽无线通信方法系统模型示意图；图2是本发明实施例中隐蔽用户发送信息的流程图；图3为有效隐蔽速率随着公开用户最大发送功率的变化图。
具体实施方式
20.下面将结合附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
22.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
23.以下结合图1-图3对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
24.如图1所示的一种基于双门限配对的上行非正交多址接入隐蔽无线通信系统，系
统包含一个公开用户roy（称为公开用户r），一个隐蔽用户alice（称为隐蔽用户a），一个目的节点bob（称为目的节点b）和一个监测节点willie（称为监测节点w），所有的节点均配置单天线，工作在半双工模式下；为了协助隐蔽用户a隐藏其隐私消息传输，公开用户r持续地以随机功率向目的节点发送不涉及隐私到的消息，隐蔽用户a机会地与公开用户r配对后以固定功率向目的节点b发送隐私消息；考虑到公开用户r的发送功率远大于隐蔽用户a的发送功率，当隐蔽用户a与公开用户r采用上行非正交多址接入同时发送数据包时，目的节点b采用串行干扰消除技术首先译码公开用户r的信息，而后从接收信号中减去公开用户r的非隐私信号后译码隐蔽用户a发送的隐私信号；当隐蔽用户a没有隐私数据包发送时，目的节点b直接译码公开用户r的非隐私信号。
25.一种基于双门限配对的上行非正交多址接入隐蔽无线通信方法，如图2所示，包括以下步骤：步骤s1：信道计算。目的节点b在每个时隙开始广播导频信号，隐蔽用户a利用接收到的导频信号计算当前时隙目的节点b到自己的瞬时信道增益，其中，和分别表示目的节点b处的导频信号接收功率和隐蔽用户a处的导频信号发送功率；对于时分双工系统，根据信道互易性，隐蔽用户a可以得到自己到目的节点b的瞬时信道增益；步骤s2：接入配对。隐蔽用户a根据计算得到的瞬时信道增益与门限值、的比较来决定当前时隙是否与公开用户进行配对传输；当隐蔽用户a到目的节点b的瞬时信道增益值满足时，隐蔽用户a与公开用户r配对传输，否则隐蔽用户a保持静默。因此，隐蔽用户a接入配对成功的概率为，接入配对不成功的概率为，其中表示取概率操作。
26.步骤s3：信息编码。公开用户r采用与目的节点b共享的高斯码本对公开信号进行编码，编码速率为；与此同时，当步骤s2中的配对条件满足时，隐蔽用户a采用与目的节点b共享的高斯码本对隐私信号进行编码，编码速率为；当步骤s2中的配对条件不满足时，隐蔽用户a保持静默；步骤s4：信息发送。公开用户r以随机的发送功率将步骤s3中编码的非隐私数据包通过无线信道发送到目的节点b；与此同时，当步骤s2中的配对条件满足时，隐蔽用户a采用固定功率将步骤3中编码的隐私数据包发送到目的节点b；当步骤s2中的配对条件不满足时，隐蔽用户a保持静默。其中，每个时隙公开用户r的发送功率在其最大值和最小值之间随机且等概率地选择；而隐蔽用户a的发送功率的设置应在满足隐蔽约束和对公开用户干扰约束的前提下最大化隐蔽用户的有效隐蔽速率；
步骤s5：信息译码。目的节点b根据接收信号进行译码；当隐蔽用户a与公开用户r进行配对传输时，目的节点b首先将隐蔽用户a发送的隐私信号当作干扰译码公开用户r的非隐私信号，将译码后的非隐私信号进行重编码并将其从接收信号中减去，而后译码隐蔽用户a发送的隐私信号；当步骤s2中的配对条件不满足时，目的节点b直接译码公开用户r的非隐私信号。如果目的节点b译码公开用户r的信号失败，则无法实现理想的串行干扰消除，残留的公开用户r信号将成为目的节点b译码隐蔽用户a隐私信号时的干扰，残留系数满足，其中表示没有信号消除。
27.在步骤s2中，隐蔽用户a接入配对门限值、的设置应在满足平均隐蔽约束和对公开用户干扰约束的前提下最大化隐蔽用户的有效隐蔽速率。其中，平均隐蔽约束要求第三方监测节点w根据每个时隙的观测信号来判断隐蔽用户a是否有数据包发送时，在给定的容忍水平时相当于随机猜测，即监测节点w平均的判决错误概率不低于，而监测节点w判决错误的概率包括虚警概率和漏检概率，虚警概率表示隐蔽用户a没有数据包发送而监测节点w判决隐蔽用户a有数据包发送；漏检概率表示隐蔽用户a有数据包发送而监测节点w判决隐蔽用户a没有数据包发送。具体地，在一个时隙内，监测节点w的观测信号可以表示为其中，表示信道使用索引值，和表示公开用户r和隐蔽用户的发送功率，和分别表示公开用户r到监测节点w和隐蔽用户a到监测节点w的路径损耗，和分别表示公开用户r到监测节点w和隐蔽用户a到监测节点w的小尺度衰落，和分别表示公开用户r和隐蔽用户a在第个信道使用上发送的信号；表示监测节点w处在第个信道使用上观测到的噪声；和分别表示隐蔽用户a在当前时隙没有/有数据包发送。
28.监测节点w根据观测信号的平均能量进行判决，考虑信道使用满足大数定律，则基于能量计的判决可以表示为其中，和分别表示监测节点w判决隐蔽用户a在当前时隙没有/有数据包发送，表示监测节点w根据先验知识设置的最优判决门限值。此时，监测节点w仍然可能出现判决错误，其虚警概率为，而漏检概率为，总的错误检测概率为，
和分别表示隐蔽用户a先验静默和发送的概率。由于隐蔽用户a和公开用户r很难获知检测节点的瞬时信道信息，含有随机变量和。因此，通过对错误检测概率取平均得到平均的错误检测概率，其中，表示对包含随机变量和的变量取平均。据此，平均的隐蔽约束可以表示为。
29.在步骤2中，隐蔽用户a接入配对门限值、的设置应在满足平均隐蔽约束和对公开用户干扰约束的前提下最大化隐蔽用户的有效隐蔽速率。其中，对公开用户的干扰约束要求隐蔽用户a的隐蔽通信对公开用户r的干扰不能超过给定的阈值，即公开用户r的传输中断概率小于给定的阈值。具体地，当隐蔽用户a和公开用户r采用非正交多址接入发送数据包时，目的节点b首先带着隐蔽用户a的干扰译码公开用户r的数据包，此时，目的节点b译码公开用户r数据包时的接收信噪比为其中，满足，表示目的节点b处的噪声方差。此时，对于编码速率为的无线传输，目的节点b译码公开用户r的中断概率可以表示为其中，表示满足事件的条件下，事件发生的概率。对公开用户的干扰约束要求，其中为预先给定的干扰容忍值。
30.在步骤2中，隐蔽用户a接入配对门限值、的设置应在满足平均隐蔽约束和对公开用户干扰约束的前提下最大化隐蔽用户的有效隐蔽速率。其中，隐蔽用户的有效隐蔽速率定义为在满足隐蔽约束和对公开用户r的干扰约束条件下，隐蔽用户a可靠地向目的节点b传输的最大信息速率。具体地，当目的节点b译码隐蔽用户a传输的数据包时，根据其译码公开用户r的结果分为以下两种情况。当目的节点b成功译码公开用户r的数据包后，利用串行干扰消除技术，目的节点b处译码隐蔽用户a数据包时的信噪比为此时，对于编码速率为的无线传输，目的节点b译码隐蔽用户a的中断概率可以
表示为当目的节点b译码公开用户r的数据包失败时，公开用户r对隐蔽用户a干扰无法完全消除而是部分遗留，遗留系数为，此时，目的节点b处译码隐蔽用户a数据包时的信噪比为此时，对于编码速率为的无线传输，目的节点b译码隐蔽用户a的中断概率可以表示为综上，目的节点b处译码隐蔽用户a数据包时的中断概率可以表示为据此，隐蔽用户的有效隐蔽速率可以表示为，进一步地，隐蔽用户a接入配对门限值、和发送功率的最优可通过求解如下优化问题得到
31.在具体操作时，隐蔽用户a根据其与目的节点b的信道增益设置双门限来与公开用户r进行配对，当隐蔽用户a与目的节点b之间的信道增益在两个门限值之间时，隐蔽用户a与公开用户r配对并发送隐私数据包，否则隐蔽用户a保持静默，从而降低隐蔽用户a的隐私信号对目的节点b译码公开用户r信号的影响，减小目的节点bob非理想串行干扰消除对译码隐蔽用户a信号的干扰，与无门限随机配对的上行非正交多址接入隐蔽无线通信方法相比，本发明在相同条件下能获得更高的隐蔽速率。降低隐蔽用户的隐私信号对目的节点译码公开用户信号的影响，减小目的节点非理想串行干扰消除对译码隐蔽用户信号的干扰。
32.接下来，通过具体数值给出实施例，其中，公开用户的最大发送功率、
最小发送功率、公开用户的编码速率、对公开用户的干扰约束；隐蔽用户的编码速率、隐蔽容忍值；目的节点译码公开用户失败时信号残留系数；目的节点和检测节点处的背景噪声方差为、公开用户与目的节点、公开用户与检测节点、隐蔽用户与目的节点以及隐蔽用户与检测节点的大尺度衰落相同，,对应的小尺度衰落服从均值为0方差为1的复高斯分布，门限值、。
33.根据上述参数，步骤s2中隐蔽用户的先验发送概率可以计算得到。进而可以计算得到满足隐蔽约束时隐蔽用户的最大发送功率为。根据上述参数，可以计算得到满足对公开用户干扰约束的最大发送功率。据此可以得到同时满足上述约束时隐蔽用户的发送功率为。进一步地，根据隐蔽用户的发送功率可以得到目的节点译码隐蔽用户的错误概率为，进而得到有效隐蔽速率为。
34.上述数值实施例是在给定门限值、以及公开用户最大发送功率的情况下给出的。图3给出了上述参数设置条件下有效隐蔽速率随着公开用户最大发送功率的变化情况，并与传统非门限接入配对方案进行了对比，从图3中可以观察到，本技术提出的双门限方案在相同条件下可以有效提升系统有效隐蔽速率，证明了本技术所提方案的优越性。
35.本发明流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法述可以被理解为表示包括一个或多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，可以实现在任何计算机刻度介质中，以供指令执行系统、装置或设备，所述计算机可读介质可以是任何包含存储、通信、传播或传输程序以供执行系统、装置或设备使用。包括只读存储器、磁盘或光盘等。
36.在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。此外，本领域的技术人员可以在不产生矛盾的情况下，将本说明书中描述的不同实施例或示例以及其中的特征进行结合或组合。
37.上述内容虽然已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型等更新操作。

技术特征：
1.一种上行非正交多址接入隐蔽无线通信方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤s1：信道计算；目的节点b在每个时隙开始广播导频信号，隐蔽用户a利用接收到的导频信号计算当前时隙目的节点b到自己的瞬时信道增益，进而根据信道互易性得到自己到目的节点b的瞬时信道增益；步骤s2：接入配对；隐蔽用户a根据计算得到的瞬时信道增益与门限值、的比较来确定当前时隙是否满足配对条件，在满足配对条件的情况下与公开用户r进行配对传输；步骤s3：信息编码；公开用户r采用与目的节点b共享的高斯码本对公开信号进行编码，形成非隐私数据包；隐蔽用户a采用与目的节点b共享的高斯码本对隐私信号进行编码，形成隐私数据包；步骤s4：信息发送；公开用户r以随机的发送功率将非隐私数据包通过无线信道发送到目的节点b；与此同时，在满足配对条件的情况下，隐蔽用户a采用固定功率将隐私数据包发送到目的节点b；步骤s5：信息译码；目的节点b根据接收信号进行译码；当隐蔽用户a与公开用户r进行配对传输时，目的节点b首先将隐蔽用户a发送的隐私信号当作干扰译码公开用户r的非隐私信号，将译码后的非隐私信号进行重编码并将其从接收信号中减去，而后译码隐蔽用户a发送的隐私信号。2.根据权利要求1所述的上行非正交多址接入隐蔽无线通信方法，其特征在于，步骤s1中，所述信道计算方法适用于信道互易的时分双工系统，隐蔽用户a利用接收到的导频信号计算当前时隙目的节点b到自己的瞬时信道增益，其中，和分别表示目的节点b处的导频信号接收功率和隐蔽用户a处的导频信号发送功率；根据信道互易性，隐蔽用户a得到自己到目的节点b的瞬时信道增益。3.根据权利要求1所述的上行非正交多址接入隐蔽无线通信方法，其特征在于，步骤s2中，当隐蔽用户a到目的节点b的瞬时信道增益值满足时，隐蔽用户a与公开用户r配对传输，否则隐蔽用户a保持静默；隐蔽用户a接入配对成功的概率为，接入配对不成功的概率为，其中表示取概率操作。4.根据权利要求3所述的上行非正交多址接入隐蔽无线通信方法，其特征在于，步骤s2中，隐蔽用户a接入配对门限值、的设置条件为满足平均隐蔽约束和对公开用户干扰约束的前提下最大化隐蔽用户的有效隐蔽速率。5.根据权利要求4所述的上行非正交多址接入隐蔽无线通信方法，其特征在于，满足平
均隐蔽约束的计算方式如下：平均隐蔽约束要求第三方监测节点w根据每个时隙的观测信号来判断隐蔽用户a是否有数据包发送时，在给定的容忍水平时随机猜测，监测节点w平均的判决错误概率不低于，而监测节点w判决错误的概率包括虚警概率和漏检概率，虚警概率表示隐蔽用户a没有数据包发送而监测节点w判决隐蔽用户a有数据包发送；漏检概率表示隐蔽用户a有数据包发送而监测节点w判决隐蔽用户a没有数据包发送；在一个时隙内，监测节点w的观测信号表示为：其中，表示信道使用索引值，和表示公开用户r和隐蔽用户a的发送功率，和分别表示公开用户r到监测节点w和隐蔽用户a到监测节点w的路径损耗，和分别表示公开用户r到监测节点w和隐蔽用户a到监测节点w的小尺度衰落，和分别表示公开用户r和隐蔽用户a在第个信道使用上发送的信号；表示监测节点w处在第个信道使用上观测到的噪声；表示隐蔽用户a在当前时隙没有数据包发送，表示隐蔽用户a在当前时隙有数据包发送。6.根据权利要求5所述的上行非正交多址接入隐蔽无线通信方法，其特征在于，监测节点w根据观测信号的平均能量进行判决，考虑信道使用满足大数定律，则基于能量计的判决表示为：其中，和分别表示监测节点w判决隐蔽用户a在当前时隙没有/有数据包发送，表示监测节点w根据先验知识设置的最优判决门限值；此时，监测节点w仍然可能出现判决错误，其虚警概率为，而漏检概率为，总的错误检测概率为，和分别表示隐蔽用户a先验静默和发送的概率；通过对错误检测概率取平均得到平均错误检测概率，平均隐蔽约束要求平均错误检测概率不小于，即。
7.根据权利要求4所述的上行非正交多址接入隐蔽无线通信方法，其特征在于，满足对公开用户干扰约束的计算方式如下：对公开用户的干扰约束要求隐蔽用户a的隐蔽通信对公开用户r的干扰不能超过给定的阈值，当隐蔽用户a和公开用户r采用非正交多址接入发送数据包时，目的节点b首先带着隐蔽用户a的干扰译码公开用户r的数据包，此时，目的节点b译码公开用户r数据包时的接收信噪比为：其中，满足，表示目的节点b处的噪声方差。8.根据权利要求1所述的上行非正交多址接入隐蔽无线通信方法，其特征在于，步骤s3中的信息编码时，公开用户r和隐蔽用户a均采用仅与目的节点b共享的高斯码本对信息进行编码，除了目的节点b以外的第三方节点在收到信息后无法直接译码。9.根据权利要求1所述的上行非正交多址接入隐蔽无线通信方法，其特征在于，步骤s4中，信息传输时，每个时隙公开用户r的发送功率在其最大值和最小值之间随机且等概率地选择；隐蔽用户a的发送功率设置为在满足隐蔽约束和对公开用户干扰约束的前提下最大化隐蔽用户的有效传输速率。10.一种上行非正交多址接入隐蔽无线通信系统，其特征在于，所述系统用于实现根据权利要求1-9任一项所述的方法；系统包含一个公开用户r，一个隐蔽用户a，一个目的节点b和一个监测节点w，所有的节点均配置单天线，工作在半双工模式下；为了协助隐蔽用户a隐藏其隐私消息传输，公开用户r持续地以随机功率向目的节点发送不涉及隐私到的消息，隐蔽用户a与公开用户r配对后以固定功率向目的节点b发送隐私消息；当隐蔽用户a与公开用户r采用上行非正交多址接入同时发送数据包时，目的节点b采用串行干扰消除技术首先译码公开用户r的信息，而后从接收信号中减去公开用户r的非隐私信号后译码隐蔽用户a发送的隐私信号；当隐蔽用户a没有隐私数据包发送时，目的节点b直接译码公开用户r的非隐私信号。

技术总结
本发明公开了一种上行非正交多址接入隐蔽无线通信方法及系统，包括：步骤S1：信道计算；目的节点B在每个时隙开始广播导频信号，隐蔽用户A计算得出瞬时信道增益；步骤S2：接入配对；隐蔽用户A根据计算得到的瞬时信道增益与门限值、的比较来确定当前时隙是否满足配对条件，在满足配对条件的情况下与公开用户R进行配对传输；步骤S3：信息编码；步骤S4：信息发送；步骤S5：信息译码；目的节点B根据接收信号进行译码。隐蔽用户基于瞬时信道增益设置双门限来与公开用户配对传输，降低隐蔽用户的隐私信号对目的节点译码公开用户信号的影响，减小目的节点非理想串行干扰消除对译码隐蔽用户信号的干扰，提升隐蔽用户有效隐蔽速率。蔽速率。蔽速率。


技术研发人员：鲁兴波 黄育侦 韩寒 张玉立 白韡
受保护的技术使用者：中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院
技术研发日：2023.06.16
技术公布日：2023/7/22