[發明專利]一種基于協作通信的高安全能量效率的信息傳輸方法

有效

• 申請號: 201710114379.2
• 申請日: 2017-02-28
• 公開（公告）號: CN106879029B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 任品毅;周先文;杜清河
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H04W28/16
• 分類號: H04W28/16;H04W52/14;H04L29/06
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

本發明公開了一種基于協作通信的高安全能量效率的信息傳輸方法，包括以下步驟：主用戶的發射端以主用戶的最優發射功率P_s^*、主用戶的最優安全能量效率ξ^*及主用戶的最大安全傳輸速率U_P進行信息的發射，主用戶的接收端及最優次級用戶的接收端進行信息的接收，最優次級用戶的發射端以最優次級用戶的最優發射功率P_r^*進行轉發，主用戶將最優次級用戶的發射端發射過來的信息與主用戶的發射端發射過來的信息進行合并，并將合并后的信息作為主用戶最終的接收信息；最優次級用戶獲取接入頻譜，然后利用接入頻譜以最優次級用戶的最大傳輸速率U_si進行信號的傳輸，該信息傳輸方法能夠有效的提高主用戶的能量效率，延長認知無線電網絡的生命周期。

技術領域

本發明屬于認知無線網絡的物理層安全技術領域，涉及一種基于協作通信的高安全能量效率的信息傳輸方法。

背景技術

認知無線電網絡作為一個能夠有效提升網絡頻譜利用效率的關鍵技術近幾年已經引起了極大的關注。與其他網絡類似，安全問題也是認知無線電網絡中的一個關鍵問題。傳統安全方案是在網絡層通過公私密鑰對數據進行加密，往往以復雜度換取安全性，并且在實際網絡部署中密鑰的分發管理也存在很多問題。因此，作為上層加密方法的一種補充，物理層安全技術近幾年得到了國內外的廣泛關注。回顧物理層安全技術的發展歷程，首先是香農在他的保密系統的通信理論中證明了存在最優的保密通信系統，這種系統應當采取一字一密的方式進行加密。接著Wyner進一步引入了竊聽信道模型，證明了當竊聽信道是合法信道的退化信道時，就存在不泄露給竊聽者任何信息的保密方法。可是，當合法接收者的信道條件比竊聽者的信道條件還差時，安全通信就不能得到保證。為了克服該問題，利用協作通信的特點及其優勢，有研究人員開始對各種中繼竊聽信道模型進行了研究，研究表明可以通過中繼選擇、中繼波束成形等技術獲得最大的私密容量。可是，盡管中繼節點可以幫助源節點轉發信號從而提高源節點的安全，但是實際中節點可能都是自私的，如果節點不能夠從協作通信中獲得收益，它可能不愿意消耗功率幫助源節點轉發信號。所以針對該問題Keonkook基于頻譜租賃的概念，提出了一個新的協作方案，具有多根天線的次級用戶通過預編碼處理之后可以與主用戶同時傳輸數據，但是對預編碼處理的要求是，它要盡可能對竊聽者造成大的干擾的而對合法接收者造成小的干擾，利用干擾來保障主用戶的安全。另一方面由于中繼通信的技術優勢，有學者將頻譜租賃的方法引入到了認知中繼網絡中，主用戶發射機可以從若干次級用戶中選擇一個作為中繼節點，再選擇一個次級用戶作為干擾機，以此來提高主用戶的安全性。這些基于協作通信技術方案的缺點是，次級用戶發射機只能被動的接受主用戶發射機給予它的傳輸速率，而不能主動參與到決策中。

為了克服上述問題，利用斯塔克伯格博弈論來建模主次用戶的博弈，已經有學者考慮了存在一個主用戶對，N對次級用戶對的認知無線電網絡場景，當存在竊聽者試圖竊聽主用戶的信息，為了保障主用戶的安全通信，主用戶從N對次級用戶中選擇一個作為中繼來提高主用戶的安全，作為回報主用戶給予次級用戶接入頻譜的機會，該方案使用了斯塔克伯格博弈論來建模主用戶與次級用戶的博弈過程，最終主用戶與次級用戶通過博弈可以得到納什均衡點，從而獲得各自最大的收益。

但是上述方案存在的一個問題是，因為在認知無線電網絡下主用戶的安全通信通常都受到能量效率有限的制約，所以能量效率對于延長主用戶的生命周期具有重要意義。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供了一種基于協作通信的高安全能量效率的信息傳輸方法，該信息傳輸方法能夠有效的提高主用戶的能量效率，延長認知無線電網絡的生命周期。

為達到上述目的，本發明所述的基于協作通信的高安全能量效率的信息傳輸方法包括以下步驟：