Dual-artificial-noise Secure Transmission Mechanism for Full-duplex Power Line Communication

ZHANG Jiarui; LIU Xiaosheng; XU Dianguo

doi:10.7500/AEPS20220910002

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Dual-artificial-noise Secure Transmission Mechanism for Full-duplex Power Line Communication

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Dual-artificial-noise Secure Transmission Mechanism for Full-duplex Power Line Communication
- Automation of Electric Power Systems Vol. 47, Issue 13, Pages: 190-199(2023)
- 作者机构：
  
  哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院，黑龙江省哈尔滨市 150001
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(51677034)
- DOI：10.7500/AEPS20220910002
  CLC：
- Received：10 September 2022，
  
  Revised：2022-12-06，
  
  Published Online：30 May 2023，
  
  Published：10 July 2023
- 稿件说明：
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张佳瑞,刘晓胜,徐殿国.全双工电力线载波通信双人工噪声安全传输机制[J].电力系统自动化,2023,47(13):190-199.

ZHANG Jiarui,LIU Xiaosheng,XU Dianguo.Dual-artificial-noise Secure Transmission Mechanism for Full-duplex Power Line Communication[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(13):190-199.
张佳瑞,刘晓胜,徐殿国.全双工电力线载波通信双人工噪声安全传输机制[J].电力系统自动化,2023,47(13):190-199. DOI： 10.7500/AEPS20220910002.

ZHANG Jiarui,LIU Xiaosheng,XU Dianguo.Dual-artificial-noise Secure Transmission Mechanism for Full-duplex Power Line Communication[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(13):190-199. DOI： 10.7500/AEPS20220910002.

摘要

由于信道的广播特性，电力线载波通信（PLC）极易受到窃听攻击。传统基于全双工（FD）的安全传输方案中只有接收端发射人工噪声（AN），在窃听方更靠近发射端时安全性能衰退。为了保障安全性，文中针对具有信道相关性的单入单出PLC系统提出了一种基于FD的双AN安全传输机制，该机制分为两阶段：第1阶段，合法收发端利用FD技术同时发射独立AN；第2阶段为机密信号传输阶段，发射端利用第1阶段的AN信号加密机密信号，接收端利用FD技术在接收信号的同时发射AN。在非独立同分布的对数正态衰落信道下对系统平均安全容量、安全中断概率、安全吞吐量进行理论分析，确定功率分配系数，并进行仿真验证。结果表明，所提方案对主信道时变性、主信道与窃听信道间的相关性具有鲁棒性。与传统基于FD的安全传输方案相比，所提方案在窃听方更靠近发射端时仍能提供较高的安全吞吐量。

Abstract

Due to the broadcast nature of the channel

the power line communication (PLC) is vulnerable to eavesdropping attacks. In the conventional secure transmission scheme based on full-duplex (FD)

only the receiver (Rx) transmits the artificial noise (AN). Thus

the security performance will degrade significantly if the eavesdropper is closer to the transmitter (Tx). To improve the security

this paper proposes the dual-artificial-noise secure transmission mechanism based on FD for the single-input single-output (SISO) PLC system with channel correlation. The mechanism consists of two phases. In the first phase

the legitimate Tx and Rx transmit the independent AN simultaneously based on the FD technology. The second phase transmits the confidential signal which is encrypted by Tx according to the AN received in the first phase. In the meantime

the Rx transmits AN while receiving the signal by the FD technology. With the non-independent identically distributed log-normal fading channel

the average secrecy capacity

secrecy outage probability and secrecy throughput are theoretically analyzed to determine the power allocation coefficient

and the simulation verification is carried out. The results show that the proposed scheme is robust to the time-variation of the main channel and the correlation between the main and wiretap channels. Compared with the conventional FD-based secure transmission scheme

the proposed scheme can still provide a higher secrecy throughput even when the eavesdropper is closer to Tx.

关键词

Keywords

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