[發明專利]基于物理層安全技術的協作通信系統中繼選擇方法

有效

• 申請號: 201410693305.5
• 申請日: 2014-11-26
• 公開（公告）號: CN104486754B
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: 覃彩玲;肖琨
• 申請（專利權）人: 廣西師范大學
• 主分類號: H04W12/00
• 分類號: H04W12/00;H04W40/22
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司45112
• 代理人: 滕杰鋒

技術領域

本發明涉及無線協作通信技術領域，具體涉及一種基于物理層安全技術的協作通信系統中繼選擇方法。

背景技術

雖然中繼協作技術給人類通信帶來了很多便利，但由于其傳播信道的開放性使得安全傳輸問題也變得越來越突出。傳統保密手段以現代密碼學為理論基礎,通過密鑰和加密算法對信息進行加密。但加密算法并不是完全不可破解的，只要竊聽者獲取足夠多的明文，就可以采用窮舉攻擊的方法來破譯密碼，另外秘鑰也可能會被泄露，所以這種保密方式遇到了很大的挑戰。與此相比，物理層信息安全技術完全依靠物理層的固有特性，如信道的衰落特性和噪聲，來實現保密通信，具有更高的可靠性。

基于物理層安全技術的中繼選擇方案的研究近年來漸漸吸引了學術界的關注，已有相關算法和方案被設計和提出。比如在帶有保密限制的條件下利用竊聽信道的即時信息或者平均信息建立起來的機會中繼選擇方案，該種方案選擇合法鏈路與竊聽鏈路的即時信噪比之比最大，或者合法鏈路的即時信噪比與竊聽鏈路的信噪比方差的比最大的那個中繼來轉發信息。或者一種帶有干擾節點的中繼選擇方案，該方案在選擇中繼節點來轉發源節點信息的同時，還選擇一個干擾節點來專門發送人為的干擾，以降低竊聽鏈路的通信質量，而該方案的中繼選擇準則會把干擾節點涉及的鏈路信息考慮在內。相關的方法還有不少，雖然這些方案已經考慮到了物理層安全的問題，但是它們都有一個共同的弱點，就是假設信道類型為瑞利信道或某一種單一的信道，這是理想的情況，而現實的無線通信信道類型是多樣的，一個通信場景中同時存在多種信道的情況是非常常見的。因此，研究在多種類型信道的情況下如何選擇最優中繼節點來確保通信安全是非常必要的。

發明內容

本發明提供一種基于物理層安全技術的協作通信系統中繼選擇方法，該方法運用概率分布差異度量來識別信道類型，使系統只通過矩的相關數據就能實現計算，由于矩的數據容易獲得，因此本方法尤其簡便。本發明能大幅度提高系統的信道遍歷容量或遍歷保密容量，改善協作通信系統的性能。另外，本發明能夠運用于不同的通信網絡，通用性較強，系統間切換靈活簡便，彌補了現有技術的不足。

一種基于物理層安全技術的協作通信系統中繼選擇方法，所述方法包括：根據不同的協作通信網絡場景，分別確定各鏈路的信道類型；計算出各鏈路的信道遍歷容量或遍歷保密容量；根據信道遍歷容量或遍歷保密容量數值，選出中繼節點轉發信息；其中所述的協作通信網絡場景，分為下述三種：(1)無竊聽、無干擾譯碼轉發協作通信網絡場景；(2)有竊聽、無干擾譯碼轉發協作通信網絡場景；(3)有竊聽、有干擾譯碼轉發協作通信網絡場景。

附圖說明

圖1描述了兩中繼節點時的遍歷保密容量對比。

圖2描述了三中繼節點時的遍歷保密容量對比。

圖3描述了四中繼節點時的遍歷保密容量對比。

圖4描述了不同中繼節點數情況下的誤碼率曲線對比。

具體實施方式

下面通過三種協作通信網絡場景說明本發明的操作步驟：

一.無竊聽、無干擾DF協作通信網絡

本系統模型由一個源節點S、一個目的節點D和含L個DF(decode-and-forward，譯碼轉發)類型的中繼節點集S_relay＝{1,2,...,L}組成，不考慮源節點到目的節點的直接路徑，網絡中存在F種信道類型，信道類型集合記為S_chanel＝{1,2,...,F}。源節點到目的節點間的通信分為兩跳，第一跳中源節點發送數據到多個中繼，第二跳中被選擇的中繼節點將數據譯碼后再轉發給目的節點。具體的中繼選擇步驟如下：

(1)通過測量、計算得到源節點S到第i(i＝1,2,...,L)個中繼節點(記為S→i)鏈路的n個即時信噪比n表示即時信噪比的樣本數，取值大于1000，以及第i(i＝1,2,...,L)個中繼節點到目的節點D(記為i→D)鏈路的n個即時信噪比

(2)由計算得到k階樣本原點矩由計算得到k階樣本原點矩