[發明專利]一種有界CSI下不可信中繼網絡的最優功率分配方法

有效

• 申請號: 201610893300.6
• 申請日: 2016-10-13
• 公開（公告）號: CN107071886B
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發明（設計）人: 姚如貴;徐菲;高巖;徐娟
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H04W52/24
• 分類號: H04W52/24;H04W52/26;H04W52/34;H04W52/46
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 顧潮琪

本發明提供了一種有界CSI下不可信中繼網絡的最優功率分配方法，首先描述兩跳半雙工中繼網絡的通信方案，給出最優功率分配方案，然后得到安全速率的下界，最后分析信道ESR，獲取可達的安全速率。本發明給出了傳輸過程中的最優化功率分配公式來最大化安全速率，進一步分析了在高SNR下的ESR，用來評估可達的平均安全速率。近似的最優化功率分配可以帶來比等功率分配更高的安全速率。

技術領域

本發明涉及一種在信道估計誤差有界條件下的不可信中繼網絡的最優功率分配方案。

背景技術

多跳中繼被認定為一種能效傳輸方案，是解決無線通信安全的最優途徑。物理層安全傳輸的方法具有低計算復雜度和節省資源的優勢。近幾年來，合作多樣性技術由于可以提高物理層防竊聽的安全性而吸引了很多學者的注意。

在物理層中，用戶和干擾源之間存在功率分配的博弈問題。干擾源希望傳輸具有足夠功率的干擾信號來避免竊聽者偷聽用戶的發射信息，而用戶也希望傳輸的信號具有充足的功率保證信號傳輸的速率。在總功率一定的條件下，如何找到最優的功率分配方案，使安全速率最大化，許多學者已經做出了相應的研究。

文獻1“Xiang He,Aylin Yener.Cooperation with an untrusted relay:Asecrecy perspective[J].IEEE Trans.Inf.Theory,2010,56(8):3807-3827”提出中繼節點是不可信的，它可能會竊聽、干擾轉發的信息，但是，相比于與不使用該類中繼節點，利用不可信的中繼節點進行協作通信可以提高系統的安全容量。

文獻2“Li Sun,Taiyi Zhang,Yubo Li and Hao Niu.Performance study oftwo-hop amplify-and-forward systems with untrustworthy relay nodes[J].IEEETrans.Veh.Technol.,2012,61(8):3801-3807”通過基于目的地的干擾技術(Destination-based Jamming,DBJ)，獲得單個不可信中繼的遍歷安全容量(Ergodic Secrecy Capacity,ESC)的下界，并將之擴展到多個不可信中繼場景，提出一種安全中繼選擇方案，該方案可最大化可達的系統安全容量，實現不可信放大轉發(Amplify Forwaed,AF)中繼系統的安全通信，但并沒有考慮最優化功率分配，而且文獻2是基于完美信道狀態信息(Channel StateInformation，CSI)條件下進行研究的，而實際的通信環境并不能獲得完美的CSI。

文獻3“Lifeng Wang,Maged Elkashlan,Jing Huang,Nghi H.Tan,et al.Securetransmission with optimal power allocation in untrusted relaynetworks[J].IEEECommun.Lett.,2014,3(3):289-292”將文獻2的研究擴展兩跳放大轉發中繼網絡，并測試大規模天線陣列的影響。當大規模天線陣列在源節點時，ESC僅取決于中繼和目的節點間的信道狀態信息；當大規模天線陣列在目的節點時，ESC僅取決于中繼和源節點間的信道狀態信息。不過，文獻3僅僅考慮了最大化安全容量，并沒有考慮能量效率，同樣所做的研究也是在假設狀態信息是完美的條件下進行的。

上述文獻均在完美CSI假設下開展研究，但在真實的通信環境中，完美的CSI基本是不可能實現的。本發明考慮實際的通信模型，在信道估計誤差有界條件下，對合作干擾中繼通信方案進行研究。在信道估計誤差的統計信息可以獲得的情況下，提取出最大化安全速率R_s的最優化功率分配因子，并進一步分析安全速率的下界和信道可實現的遍歷安全速率(Ergodic Secrecy Rate，ESR)以獲取使這兩者最大化的最優功率分配因子。

發明內容