[發明專利]基于分層調制的無線中繼安全轉發方法

有效

• 申請號: 201110358208.7
• 申請日: 2011-11-11
• 公開（公告）號: CN102364903A
• 公開（公告）日: 2012-02-29
• 發明（設計）人: 劉洋;宋梅;張勇;滿毅;王莉;魏翼飛
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26;H04L1/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術領域

本發明涉及無線通信技術領域，特別涉及一種基于分層調制的無 線中繼安全轉發方法。

背景技術

在無線通信過程中，由于設備的發射功率和帶寬有限，以及信道 質量會隨時間變化，有時基站發送的信號不能直接被用戶解碼。為解 決該問題，通常利用中繼來幫助基站將數據轉發給用戶，即如果基站 到用戶之間的信道質量較差而基站到中繼且中繼到用戶之間的信道 質量較好，則基站可以通過經由中繼的發送路徑傳輸數據給用戶，用 戶可以對基站和中繼發送來的信號進行合并解碼。常見的中繼協同通 信方案有放大轉發(AF，Amplify-and-Forward)、解碼轉發(DF， Decode-and-Forward)等。放大轉發(AF)是中繼直接放大并轉發從基站 接收到的信號，也就是說，中繼只是一個簡單的放大器，對輸入的信 號只進行線性處理：中繼接收并放大來自基站的帶有噪聲的信號，并 將已放大的帶有噪聲的基站信號發送給用戶；用戶對基站和中繼發送 來的信號進行合并解碼。解碼轉發(DF)是中繼先對接收到的基站信號 進行解碼，并按照原來的編碼方式或新的編碼方式將編碼后的再生符 號信息轉發給用戶；用戶對基站和中繼發送來的信號進行合并解碼。

在無線通信中，所有的通信內容(如移動用戶的通話信息、身份 信息、位置信息、數據信息以及移動站與網絡控制中心之間的信令信 息等)都是通過無線電波傳送的。由于無線電波在空氣中傳播的廣播 特性，無線通信被竊聽的可能性大大提高了。傳統的防止無線通信被 竊聽的方法是使用密鑰對無線通信數據進行加密，這樣即使竊聽者監 聽到了無線通信信號，由于竊聽者沒有密鑰無法解密而只能得到一些 亂碼。但是，如果被竊聽者監聽到的信息足夠多的話，竊聽者還是可 以通過內容分析等方法解密出通信內容。

在放大轉發和解碼轉發中繼系統中，無論基站的發射數據是否被 用戶成功接收，中繼都會向用戶轉發數據。以解碼轉發中繼為例，中 繼采用半雙工模式，將單位時間平均分成兩個時隙：在第一個時隙中， 基站向中繼和用戶廣播發送數據；在第二個時隙中，中繼將收到的信 號進行解碼并重新編碼轉發給用戶，而不管用戶是否已經成功接收數 據。如果數據已經被用戶成功接收，那么此時的中繼數據轉發將是無 用的，這將增加時延和減少中繼傳輸自身數據的帶寬。為了解決該問 題，在增量轉發中繼系統中，用戶將向基站和中繼發送反饋消息。如 果用戶已經成功接收來自基站的數據，用戶將向基站和中繼反饋一個 ACK響應，則中繼將不再向用戶轉發數據；如果用戶沒有成功接收來 自基站的數據，用戶將向基站和中繼反饋一個NACK響應，則中繼將 向用戶轉發數據。但是，在用戶數較多的情況下，接收這些用戶反饋 信息將耗費基站和中繼大量的系統資源并增加數據傳輸的時延。

在很多情況下，基站可以通知中繼是否需要其幫助轉發數據。如 果基站已知每個用戶所能支持的最大傳輸速率，并且基站所選擇的數 據發射速率小于所有用戶中的最差信道用戶所能支持的最大速率，基 站將知道其所廣播的數據將能夠被所有用戶成功接收，則基站通知中 繼在下一個時隙中不要轉發數據，基站就可以在下一個時隙中廣播新 的數據，這樣可以減少傳輸時延。但是如果基站所選擇的數據發射速 率大于所有用戶中的最差信道用戶所能支持的最大速率，基站將知道 其所廣播的數據將不能被所有用戶成功接收，則基站應通知中繼在下 一個時隙中轉發數據，以利用中繼協同效應提高數據傳輸的可靠性， 保證所有用戶都能接收到廣播消息。

如果基站在廣播消息中包含一個中繼轉發標志以通知中繼是否 需要其幫助轉發消息，并且用戶中存在竊聽者的話，則竊聽者和用戶 都將接收到廣播消息和中繼轉發標志，竊聽者將能夠獲知中繼設備是 否將在下一個時隙中轉發數據。如果中繼將轉發數據的話，竊聽者將 啟動針對中繼的監聽進程，這樣就增加了中繼轉發的數據被竊聽者監 聽到的可能性。

發明內容

(一)要解決的技術問題

針對現有技術的缺點，本發明為了解決現有技術中如果中繼轉發 標志被竊聽者監聽到，則會增大廣播消息被竊聽的可能性的問題，提 出了一種基于分層調制的無線中繼安全轉發方法，以大大減小中繼轉 發的數據被竊聽者監聽到的可能性。

(二)技術方案

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：