[發明專利]全雙工中繼系統中基于功率分配的物理層安全控制方法

有效

• 申請號: 201710867315.X
• 申請日: 2017-09-22
• 公開（公告）號: CN107819738B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 劉芳;張茹;劉元安
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04L29/06
• 分類號: H04L29/06;H04W52/34
• 代理公司: 北京風雅頌專利代理有限公司 11403
• 代理人: 朱親林

本發明公開了一種全雙工中繼系統中基于功率分配的物理層安全控制方法，包括：基于中繼節點工作于全雙工模式，源節點與中繼節點可同時發送信號，竊聽節點同時接收源節點、中繼節點信號，構建信號模型；建立源節點、中繼節點發送功率與系統安全容量的函數關系，即以源節點和中繼節點發送功率小于最大發送功率為約束條件，以系統安全容量最大化為目標的約束優化函數；在不考慮中繼節點發送功率約束條件下，獲取源節點最優發送功率表達式，將約束優化函數轉換為單變量約束優化函數求解問題；利用數值求解與二分法尋找最優中繼發送功率的可行解，得到中繼節點最優發送功率的表達式。所述安全控制方法能夠提高全雙工中繼系統的物理層安全性能。

技術領域

本發明涉及全雙工中繼系統中物理層安全相關技術領域，特別是指一種全雙工中繼系統中基于功率分配的物理層安全控制方法。

背景技術

互聯網的普及以及無線網絡大規模的應用，給人們的生活帶來了便利，人們在考慮無線通信系統的有效性和可靠性的同時，更加關注其安全性。無線通信中信號傳輸具有廣播特性，讓信息在發送的時候很容易被竊聽者接收。從開放系統互連的七層協議角度來看，現行的通信系統信息安全技術主要集中于網絡層及之上各層，并基于物理層已提供無差錯傳輸的假設，同時要依賴以密碼學為基礎的加密技術，即密匙管理和分發，這樣的加密算法對于計算能力有很高的要求同時密匙管理復雜。物理層安全技術作為上層安全技術的一種補充得到廣泛的認可，而且關于物理層安全的研究內容逐漸增多。中繼協作通信是現代無線通信中的關鍵技術之一，未來借助中繼的通信會越來越廣泛，當中繼系統中存在一個竊聽節點時，可以通過功率分配策略或中繼選擇策略等方法來提升中繼系統物理層安全性能。

現有針對該領域的方案，參見圖1，該全雙工中繼系統中包含源節點、目的節點、中繼節點和竊聽節點，源節點與目的節點的直接傳輸鏈路不存在。同時，現有技術中對于竊聽節點引起的安全性問題無法通過簡單有效的方式實現。

因此，在實現本申請的過程中，發明人發現現有技術至少存在以下問題：無法有效克服由于竊聽節點引起的安全問題，使得通信系統中的安全性不高。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提出一種全雙工中繼系統中基于功率分配的物理層安全控制方法，能夠提高全雙工中繼通信系統在通信過程中物理層的安全性能。

基于上述目的本發明提供的一種全雙工中繼系統中基于功率分配的物理層安全控制方法，包括：

S1、基于系統的中繼節點工作于全雙工模式下，源節點與中繼節點可以同時發送信號，竊聽節點能夠同時接收源節點、中繼節點信號，構建系統的信號模型；

S2、根據構建的信號模型，建立系統源節點、中繼節點發送功率與系統安全容量的函數關系，所述函數關系為以源節點和中繼節點發送功率小于最大發送功率為約束條件，以系統安全容量最大化為目標的約束優化函數；

S3、在首先不考慮中繼節點發送功率約束條件下，獲取源節點最優發送功率表達式，將約束優化函數轉換為單變量約束優化函數求解問題；

S4、利用數值求解與二分法尋找最優中繼發送功率的可行解，得到中繼節點最優發送功率的表達式。

可選的，所述步驟S1中構建的信號模型，建立以源節點和中繼節點發送功率小于最大發送功率為約束條件具體包括：

源節點信號功率為E[|s(t)|²]＝q₁，源節點總發送功率小于等于系統允許的最大發送功率q_SP_S，q_S為源節點信號功率允許的最大值；中繼節點信號功率為 E[|y_R(t)|²]＝E[|bs(t-1)|²]＝q₂，中繼節點總發送功率小于等于系統允許的最大發送功率q_RP_R，q_R為中繼節點信號功率允許的最大值；