[發(fā)明專利]一種基于中繼鏈路最優(yōu)用戶選擇的協(xié)作加擾安全傳輸方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810609859.0
• 申請日: 2018-06-13
• 公開（公告）號: CN108809365B
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙睿;方嘉佳
• 申請（專利權(quán)）人: 華僑大學(xué)
• 主分類號: H04B7/026
• 分類號: H04B7/026;H04K3/00;H04W72/12;H04B7/155
• 代理公司: 泉州市文華專利代理有限公司 35205
• 代理人: 張浠娟

1.一種基于中繼鏈路最優(yōu)用戶選擇的協(xié)作加擾安全傳輸方法，其應(yīng)用于多用戶中繼網(wǎng)絡(luò)中，該多用戶中繼網(wǎng)絡(luò)包含信源節(jié)點、中繼節(jié)點以及多個目的用戶節(jié)點，所有節(jié)點均為單天線，且中繼節(jié)點為無源節(jié)點，其特征在于：所述目的用戶節(jié)點采用全雙工工作模式；所述傳輸方法包括第一時隙和第二時隙的傳輸，具體如下：

在第一時隙，基于中繼到目的用戶節(jié)點的鏈路選擇一個接收信噪比最大的目的用戶節(jié)點作為合法用戶節(jié)點，其他目的用戶 節(jié)點作為潛在竊聽用戶節(jié)點，潛在竊聽用戶節(jié)點中接收信噪比最大的目的用戶節(jié)點作為竊聽用戶節(jié)點；

所述信源節(jié)點發(fā)送信息到中繼節(jié)點和目的用戶節(jié)點，同時所述合法用戶節(jié)點發(fā)送干擾信號到中繼節(jié)點以及竊聽用戶節(jié)點；

在第二時隙，中繼節(jié)點采用可變增益放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議將第一時隙接收到的信息進行放大，并將該信息轉(zhuǎn)發(fā)到目的用戶節(jié)點；

合法用戶節(jié)點繼續(xù)發(fā)送干擾信號到中繼節(jié)點和竊聽用戶節(jié)點；

所述傳輸方法具體包括以下步驟：

步驟1、在第一時隙，基于中繼到目的用戶節(jié)點 的鏈路選擇一個接收信噪比最大的目的用戶節(jié)點作為合法用戶節(jié)點，則合法用戶節(jié)點為其中D＝{D₁,...,D_M}，表示為M個目的用戶節(jié)點的集合，表示中繼節(jié)點與目的用戶節(jié)點間的信道系數(shù)，竊聽用戶節(jié)點表示為其中表示中繼與潛在竊聽用戶節(jié)點間的信道系數(shù)；

步驟2、在第一時隙，信源節(jié)點向中繼節(jié)點和目的用戶節(jié)點發(fā)送信息，同時合法用戶節(jié)點向中繼節(jié)點和竊聽用戶節(jié)點發(fā)送干擾信號；

中繼接收到的信號表達(dá)式為其中X_S表示發(fā)送信號，X_J表示加擾信號，h_SR表示信源節(jié)點與中繼節(jié)點間的信道系數(shù)，h_BR表示合法用戶節(jié)點與中繼節(jié)點間的信道系數(shù)，n_R表示單位方差的加性白高斯噪聲，P_S為信源發(fā)送功率，為第一時隙合法用戶節(jié)點發(fā)送的干擾信號功率；

合法用戶節(jié)點接收到的信號表達(dá)式為其中h_SD表示信源節(jié)點與目的用戶節(jié)點間的信道系數(shù)，h_LI表示目的用戶節(jié)點的自干擾的信道系數(shù)，表示第一時隙合法用戶節(jié)點的單位方差的加性白高斯噪聲；

竊聽用戶節(jié)點接收到的信號表達(dá)式為其中h_Bε表示合法用戶節(jié)點與竊聽用戶節(jié)點間的信道系數(shù)，為第一時隙竊聽用戶節(jié)點單位方差的加性白高斯噪聲；

步驟3、在第二時隙，中繼節(jié)點采用放大轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)第一時隙接收到的信息到目的用戶節(jié)點，同時，合法用戶節(jié)點繼續(xù)發(fā)送干擾信號到中繼節(jié)點和竊聽用戶節(jié)點；

中繼節(jié)點的發(fā)送信號表示為X_R＝β_fy_R，其中β_f為中繼的放大轉(zhuǎn)發(fā)因子，表示為其中P_R為中繼節(jié)點發(fā)送功率，表示為P_R＝βP，β為第二時隙功率分配因子，P為每個時隙的總發(fā)送功率；

合法用戶節(jié)點接收到的信號表達(dá)式為

其中，h_RB表示中繼節(jié)點與合法用戶節(jié)點間的信道系數(shù)，為第二時隙合法用戶節(jié)點的單位方差的加性白高斯噪聲；

竊聽用戶節(jié)點接收到的信號表達(dá)式為

其中，X_R表示中繼節(jié)點的發(fā)送信號，h_Rε表示中繼節(jié)點與竊聽用戶節(jié)點間的信道系數(shù)，表示第二時隙竊聽用戶節(jié)點的單位方差的加性白高斯噪聲，為第二時隙合法用戶節(jié)點發(fā)送干擾信號的功率；

由于信源節(jié)點和中繼節(jié)點通過正交信道傳輸信號到目的用戶節(jié)點，由此可知目的用戶節(jié)點可采用最大比合并技術(shù)來接收兩路的信號，合法用戶節(jié)點的信噪比表示為

因為合法用戶節(jié)點接收的信噪比最大，上式近似為

竊聽用戶節(jié)點的信噪比表示為

那么，系統(tǒng)的瞬時安全容量表示為C_S＝[C_B-C_ε]⁺，其中[a]⁺表示max(a,0)，將各個系數(shù)代入系統(tǒng)瞬時安全容量的表達(dá)式可得：

其中，

，γ_SR＝|h_SR|²表示信源節(jié)點到中繼節(jié)點的信道功率增益，γ_RB＝|h_RB|²表示中繼節(jié)點到合法用戶節(jié)點的信道功率增益，γ_Rε＝|h_Rε|²表示中繼節(jié)點到竊聽用戶節(jié)點的信道功率增益，γ_SD＝|h_SD|²表示信源節(jié)點到目的用戶節(jié)點的信道功率增益，γ_Bε＝|h_Bε|²表示合法用戶節(jié)點到竊聽用戶節(jié)點的信道功率增益，α為第一時隙功率分配因子。