基于空頻聯合加擾的無線通信信息安全傳輸方法

饒星星

（江西制造職業技術學院信息工程學院，江西 南昌 330095）

0 引言

由于信息安全傳輸是一個完整的過程，對可靠性的要求也就不僅僅是阻止非法用戶解碼，而是要保證在此過程中數據信息不會丟失，并且合法信道的容量足夠大。因此，在設計無線通信信息安全傳輸方法的過程中，除了防御非法用戶，對于無線通信終端的自身性能要求也更高[1-2]。因此在發展過程中，結合先進的技術手段，成為提高無線通信安全性能的重要途徑?？疹l聯合加擾算法，通過在正交方向上加入人工干擾的方式，阻止非法用戶的竊聽等行為。同時，該算法能夠結合節點的有限碼集特性，實現通信符號的私密信息解調。

1 量化無線通信信道特征

在通信信息的定向傳輸和非定向傳輸過程中，無線通信的信道特征能夠在一定時間內，對傳輸性能產生較大影響。如果衰落后的傳輸信號能夠與原始信號的特征保持一致，那就表示信號幅值可以符合Rayleigh分布。信道幅度特征的表達公式為

式中，為 的平均功率。由式（1）、式（2）可知，呈現出分布不均勻的特征，并且受到關聯系數變化的影響。假設比特序列長度是已知變量，并且將對應信道的量化區間設定為兩個及以上半徑相等的同心圓，則信道幅度特征在量化區間內的表現特征表達公式為

2 改進中繼節點轉發模式

在通信模式下節點之間相互聯系并且相互影響的特征會更加明顯。當待傳輸的通信信息體量較大時，需要選擇最佳編碼方式，進行解調等一系列操作[5]。只有中繼節點能夠順利解碼，才能證明信息的安全等級較高，否則需要啟動預警機制。在合法鏈路中，單跳模式下的信道安全容量表達公式為

3 基于空頻聯合加擾算法提取載波因子

空頻聯合加擾算法的主要作用原理是以發送有用信號的方式，對竊聽者的判斷造成干擾。通常情況下，在通信信道傳輸過程中，都是以排在首位的載波為依據的，并在合法信道上向其發送導頻數據，將通信信息均勻地布置在其他子載波上。載波因子的發射頻率與通信信息安全傳輸方法的傳輸速率存在直接關聯，當空頻聯合加擾在符號調制的過程中產生隨機變量后，需要獲取多天線的加權向量，具體表達如下：式中，分別為兩個相鄰的子載波；為信道周期；為OFDM符號的長度；為加權后第個天線；為第個子載波。根據式（6）可知，當滿足高斯分布特征時，第一載波的信道狀態與其余子載波的加權均值都等于0。根據似然準則，計算在第個載波上發送的通信信息的可接收SNR，如式（7）所示。

4 設計信息安全傳輸方法

從一般性的角度考慮，通信信息的安全傳輸性能，除了與信道幅度特性有關，還與通信環境中的相位特性有關。安全速率能夠直接體現無線通信信息的保密比特數，其數學表達公式為

5 仿真分析

5.1 實驗準備

在本次仿真實驗測試的過程中，保留一定程度的信道幅度特性，并假設信道幅度特征的偏差均為服從正態分布的指標。準備三臺配置相同的無線電設備，設置頻段范圍為85 MHz～6 GHz，信道增益為50 dB，射頻頻點為2.5 GHz，并額外選擇AD9361集成射頻模塊作為備用。同時，在Xilinx-ZYNQ450控制模塊中，選擇4ASK作為調制和解調的工具，并將采樣頻率設置為3.5 GHz。在模擬帶寬為300 MHz的場景下，展開仿真測試。

5.2 結果分析

使用基于小波降噪的無線通信信息安全傳輸方法和基于區塊鏈的無線通信信息安全傳輸方法進行對比分析。分別測試在不同功率分配系數條件下，三種無線通信信息安全傳輸方法的安全隱蔽率，具體如圖1～3所示。

圖1 功率分配系數3.5dB安全隱蔽率（%）

圖2 功率分配系數8.0dB安全隱蔽率（%）

圖3 功率分配系數25dB安全隱蔽率（%）

從圖1～3可以看出，功率分配系數與安全隱蔽率之間是正比例關系，當功率分配系數不斷變大時，三種無線通信信息安全傳輸方法的安全隱蔽率也隨之升高。由此得出三種無線通信信息安全傳輸方法的安全隱蔽率均值，具體如表1所示。

表1 安全隱蔽率均值（%）

根據表1可知，本文中設計無線通信信息安全傳輸方法的安全隱蔽率均值為67.111%；基于小波降噪的無線通信信息安全傳輸方法的安全隱蔽率均值為50.574%；基于區塊鏈的無線通信信息安全傳輸方法的安全隱蔽率均值為55.306%。由此可以看出，在三種相同的功率分配系數條件下，設計的無線通信信息安全傳輸方法在安全性能方面更具有優勢。

6 結束語

本文設計的無線通信信息安全傳輸方法結合了空頻聯合加擾算法，是無線通信領域的一種有效突破。在性能方面突破了解碼調解的限制，在一定程度上保證了合法用戶的信息傳輸質量。面對可能出現頻譜資源短缺的現象，文中的研究還缺乏一些深度，后續將不斷改進?！?/p>