[發明專利]一種物理層安全通信中的資源分配方法

有效

• 申請號: 201810102476.4
• 申請日: 2018-02-01
• 公開（公告）號: CN108494447B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 馮義志;朱紹明;張軍;寧更新;季飛
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H04B7/0413
• 分類號: H04B7/0413;H04B7/0426;H04W52/26;H04W72/04
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

本發明公開了一種物理層安全通信中的資源分配方法，基于改進的模擬退火方法，該方法在模擬退火的等溫過程中采用了自適應擾動的方法更新實時解，使得隨機變異的概率隨實時溫度動態變化，實時溫度越低，隨機變異概率越小，有利于解的快速收斂；并且添加了記憶功能，通過增加存儲環節，將實時最優解記憶下來，避免搜索過程中由于執行接受新解環節而遺失實時最優解。

技術領域

本發明涉及無線通信技術領域，特別涉及一種物理層安全通信中的資源分配方法。

背景技術

當今社會，隨著人們對無線通信數據傳輸安全性的要求不斷提高，信息安全開始成為關鍵性問題。傳統加密技術使用秘鑰對數據進行加密，密鑰的分配與管理困難，并且被暴力破解的風險隨當今計算能力的飛速提升而越來越高。物理層安全技術利用無線信道的不確定性，在發端通過人工添加噪聲等方法對發送信息進行處理，使得竊聽者所截獲的信息量趨于零，從而實現保密通信。物理層安全通信技術是一種無密鑰底層安全通信方案，克服了傳統網絡層密鑰加密技術存在的不足，在沒有高層加密或者密鑰被竊取的情況下仍然能提供有效的保密通信，對提升無線信息傳輸的安全具有重要意義。

在物理層安全通信中，目前已經有大量的關于資源分配的方法的研究提出，但現有的資源分配方法大都針對簡單的通信場景，且分配資源單一、計算復雜、效率低下。公開號CN106535342A，公開日為2017年03月22日的發明專利“用于全雙工蜂窩網絡物理層安全場景的資源分配方法”，提出了一種基于二部圖匹配的資源分配方法，但該方法針對單天線收發信號的通信場景，不適用于MIMO通信場景。公開號為CN102752840A，公開日為2012年10月24日的發明專利“一種廣播信道發送功率分配方法”，提供了一種根據每個信道的增益信噪比和每個接收端的權值為各接收端分配發射功率的方法，但是該發明僅針對多信道之間的功率分配，不能用于實現多資源分配。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種物理層安全通信中的資源分配方法，采用自適應擾動的設計方案，以最大化有效安全吞吐量為優化目標，同時對發端有效信息傳輸率與天線上的功率分配進行優化，旨在為MIMO通信網絡提供高效、科學合理的資源分配方案，達到最大限度實現信息安全傳輸的目的。

本發明的目的通過以下的技術方案實現：一種物理層安全通信中的資源分配方法，通信場景中，發送者具備M根天線，合法接收者具備N根天線，竊聽者具備K根天線，包括以下步驟：

步驟1，控制參數的設置：設置初始溫度T₀、結束溫度T_end、Metropolis鏈長L和降溫速率q；

步驟2，定義代價函數其中Φ＝{φ₁,φ₂,...φ_M}，φ_m為第m根發送天線上的功率分配系數，m＝1,...,M，為Φ的二進制表示形式；R為有效信息傳輸率，C_B為合法信道的信道容量，B_R由式確定，l_R為B_R的比特位長度，O(B_Φ,B_R)為安全中斷概率,g(B_R)為B_R的十進制表示形式；代價函數f(B_Φ,B_R)的實時解記作實時最優解記作

步驟3，對實時解S_curr、實時最優解S_opt、實時溫度T進行初始化：設定初始實時解初始實時最優解初始實時溫度T＝T₀；

步驟4，等溫過程計數變量l置零，開始等溫過程；所述的等溫過程，具體包含以下步驟：

步驟4.1，根據實時溫度T與實時解自適應擾動產生一個新的解