(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111388040.4 (22)申请日 2021.11.22 (71)申请人 哈尔滨工业大 学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西 大直街92号 申请人 中国电子科技 集团公司第五十四研 究所 (72)发明人 房宵杰　李勇　董衡　沙学军　 (74)专利代理 机构 哈尔滨华夏松花江知识产权 代理有限公司 23213 代理人 岳昕 (51)Int.Cl. H04L 5/00(2006.01) H04W 88/04(2009.01) H04B 7/155(2006.01)H04L 9/40(2022.01) G06F 17/14(2006.01) (54)发明名称 基于加权分数傅里叶变换的多用户协作物 理层安全传输方法 (57)摘要 基于加权分数傅里叶变换的多用户协作物 理层安全传输方法， 它属于保密通信技术领域。 本发明解决了现有的中继通信系统中保密通信 方法安全容量低的问题。 本发明通过WFRFT在中 继网络中的实施可作为人工噪声的一种特殊形 式用以提升无线通信系统的安全容量， 本发明首 先通过“数据广播 ”和“用户协作 ”两个阶段选取 合适的中继节 点， 然后通过每个中继节点转发多 项加权分数傅里叶变换中的一项特定变换阶数 的四项加权分数傅里叶变换信号。 通过对发射信 号的设计保证目的节点可以对接收到的多个中 继节点的信号进行恢复， 同时这些信号之间的互 干扰仅会对窃听者产生影 响， 使得中继系统的安 全性能得到有效提升。 本发明可以应用于保密通 信领域。 权利要求书3页 说明书7页 附图4页 CN 114070541 A 2022.02.18 CN 114070541 A 1.基于加权分数傅里叶变换的多用户协作物理层安全传输方法， 其特征在于， 所述方 法具体包括以下步骤： 步骤A1、 源节点对信源产生的0、 1比特数据进行基带映射， 获得基带映射后的调制结 果； 步骤A2、 源节点采用 “人工噪声嵌入 ”方法对步骤A1获得的调制结果进行噪声嵌入， 获 得人工噪声嵌入后的结果； 步骤A3、 源节点对步骤A2中获得的人工噪声嵌入后的结果进行处理， 并将处理后的结 果发射至信道； 步骤A4、 中继资源池中的N个中继节点 分别对步骤A3中发射到信道的信号进行接 收， 并对接收到的信号进行处 理， 得到处 理后的数字信号； 步骤A5、 从中继资源池的N个中继节点中选取出满足 的中继节点， 选取出的中 继节点构成中继资源 池 其中， 表示源节点与中继节点Ri′之间的安全容量， i ′＝1,2,…,N， R0为源节点的信 息传输速率； 步骤B1、 中继资源池 中的各个中继节点对各自从步骤A4中得到的数字信号进行解 码， 分别得到中继资源 池 中的每个中继节点对应的解码后消息序列x； 步骤B2、 从步骤A 5得到的中继资源池 中选取出一部分中继节点构成协作组合 并将 被选取出的协作组合 中的中继节点记为Dj， 其中， j＝0,1,2, …,J‑1， J为协作组合 内中 继节点的数目； 步骤B3、 协作组合 中的每个中继节点Dj对各自从步骤B1中得到的解码后消息序列x进 行信号处 理， 得到每 个中继节点Dj对应的处 理后信号； 步骤B4、 每个中继节点Dj对各自通过步骤B3得到的信号依次进行数/模 转换和上变频处 理后， 每个中继节点Dj将各自的信号发射至信道； 步骤B5、 目的节点对接收到的步骤B4发射至信道的信号进行下变频处理和模/数转换， 得到信号z； 步骤B6、 对步骤B5中得到的信 号z进行变换阶数为 ‑4αM/J的四项加权分数傅里叶变换， 获得变换 结果； 步骤B7、 对步骤B6中得到的变换 结果进行基带解映射， 恢复出0、 1比特 数据。 2.根据权利要求1所述的基于加权分数傅里叶变换的多用户协作物理层安全传输方 法， 其特征在于， 所述步骤A3中， 对步骤A2 中获得的人工噪声嵌入后的结果进行处理， 处理 的方式为： 对人工噪声嵌入后的结果依次进行 数/模转换和上变频处 理。 3.根据权利要求2所述的基于加权分数傅里叶变换的多用户协作物理层安全传输方 法， 其特征在于， 所述 步骤A4中， 对接收到的信号进行处 理， 处理的方式为： 对接收到的信号依次进行 下变频和模/数转换处 理。 4.根据权利要求3所述的基于加权分数傅里叶变换的多用户协作物理层安全传输方 法， 其特征在于， 所述源节点与中继节点Ri′之间的安全容 量 为：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114070541 A 2其中， [·]+＝max(0,·)， 表示源节点与中继节点Ri′之间的信道容量， Cse表示源节 点与窃听者之间的信道容 量。 5.根据权利要求4所述的基于加权分数傅里叶变换的多用户协作物理层安全传输方 法， 其特征在于， 所述源节点与中继节点Ri′之间的信道容 量 为： 其中， P0表示源节 点的发射功率， 表示源节点与中继节 点Ri′之间的信道系数， 为白 噪声的方差 。 6.根据权利要求5所述的基于加权分数傅里叶变换的多用户协作物理层安全传输方 法， 其特征在于， 所述源节点与 窃听者之间的信道容 量Cse为： 其中， hse为源节点与窃听者之间的信道系数， 为中继节点Ri′与窃听者之间的信道系 数， Pi′表示中继节点Ri′干扰信号的发射功率。 7.根据权利要求6所述的基于加权分数傅里叶变换的多用户协作物理层安全传输方 法， 其特征在于， 所述 步骤B3的具体过程 为： 其中， yj为中继节点Dj对应的处理后信号， λj为中继节点Dj的信号预均 衡因子， Aj( αM)为 具有J项的多项加权分数傅里叶变 换第j项所对应的变 换系数， 表示对序列x进行变 换阶数为 4j/J的四项加权分数傅里叶变换 得到的结果。 8.根据权利要求7所述的基于加权分数傅里叶变换的多用户协作物理层安全传输方 法， 其特征在于， 所述中继节点Dj的信号预均衡因子 λj为： 其中， 表示中继节点Dj与目的节点之间的信道系数， ( ·)*表示对 取共轭。 9.根据权利要求8所述的基于加权分数傅里叶变换的多用户协作物理层安全传输方 法， 其特征在于， 所述具有J项 的多项加权分数傅里叶变换第j项所对应的变换系数Aj( αM) 为： 其中， i表示虚数 单位， αM为M项加权分数傅里叶变换的变换系数。 10.根据权利要求9所述的基于加权分数傅里叶变换的多用户协作物理层安全传输方 法， 其特征在于， 所述方法的安全容 量Csec为： Csec＝[Crd‑Cre]+权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114070541 A 3