[發明專利]一種基于中繼鏈路最優用戶選擇的協作加擾安全傳輸方法

有效

• 申請號: 201810609859.0
• 申請日: 2018-06-13
• 公開（公告）號: CN108809365B
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 趙睿;方嘉佳
• 申請（專利權）人: 華僑大學
• 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

本發明涉及一種基于中繼鏈路最優用戶選擇的協作加擾安全傳輸方法，在第一時隙，基于中繼到目的用戶鏈路選擇一個基于接收信噪比最大的目的用戶節點作為合法用戶節點，其他用戶節點作為竊聽用戶節點；所述信源節點發送信息到中繼節點和目的用戶節點，同時所述合法用戶節點發送干擾信號到中繼節點以及竊聽用戶節點；在第二時隙，中繼節點采用可變增益放大轉發協議將第一時隙接收到的信息進行放大，并將該信息轉發到目的用戶節點；合法用戶節點但繼續發送干擾信號到中繼節點和竊聽用戶節點。本發明通過中繼與其他節點之間的協作，使得竊聽信道的接收信噪比降低，達到保障系統安全傳輸的目的。

技術領域

本發明涉及無線通信物理層安全領域，具體涉及一種基于中繼鏈路最優用戶選擇的協作加擾安全傳輸方法。

背景技術

物理層安全從信息論的角度出發，充分利用無線信道的各種傳播特性，在物理層來解決通信過程中的信息安全問題。與密鑰加密的方式相比，物理層安全有著很多優點，比如無需復雜度很高的算法、有著明確的安全性能評判標準等等。在數據保密方面，物理層安全技術作為密鑰加密技術的一個補充或替代，己經受到了越來越多的關注。通過在物理層對信息進行處理，可以從根本上確保信息的安全性。因此，物理層安全問題的研究是無線通信信息安全發展的必然趨勢，是進一步提高信息安全性的有效途徑。

協作加擾技術是一項廣泛應用的技術，它適用于中繼網絡，在中繼網絡里，目的節點發送加擾信號給中繼，中繼經過處理放大轉發加擾信號廣播至信宿，由于目的節點已知加擾信號，故可進行消除，而竊聽者無法提前獲知加擾信號信息，進而達到干擾的效果，從而提高了通信系統的安全性能。

多用戶分集是一項廣泛應用的技術，它利用了在無線通信環境下不同用戶所處的獨立衰落信道的特性。這一理念也被應用于中繼網絡中，該中繼網絡中的中繼會協助信源數據，使之傳輸到信宿節點，這會擴大了蜂窩小區的覆蓋或者提高了通信系統的吞吐量。在中繼網絡，為了利用多用戶分集技術，要在信宿節點里機會式選取最佳的點對點信道質量即最佳的信噪比作為目的用戶，這種機會式調度的方法提高了系統的性能以及分集增益。

經調研后發現，目前在物理層安全性能研究框架背景下，存在協作加擾技術與全雙工技術相結合的研究，存在多用戶分集技術與半雙工技術相結合的研究，但缺乏融合協作加擾技術、多用戶分集技術以及全雙工技術的物理層安全性能相關研究。

發明內容

本專利提出了一種基于中繼鏈路最優用戶選擇的協作加擾安全傳輸方法,其降低了竊聽信道的接收信噪比，提升了網絡的安全性能。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種基于中繼鏈路最優用戶選擇的協作加擾安全傳輸方法，其應用于多用戶中繼網絡中，該多用戶中繼網絡包含信源節點、中繼節點以及多個目的用戶節點，所有節點均為單天線，且中繼節點為無源節點，所述目的用戶節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的鏈路選擇一個基于接收信噪比最大的目的用戶節點作為合法用戶節點，其他用戶節點作為竊聽用戶節點；

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

在第二時隙，中繼節點采用可變增益放大轉發協議將第一時隙接收到的信息進行放大，并將該信息轉發到目的用戶節點；

合法用戶節點但繼續發送干擾信號到中繼節點和竊聽用戶節點。

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鏈路的選擇一個基于接收信噪比最大的目的用戶節點作為合法用戶節點，則合法用戶為其中D＝{D₁,...,D_M}，表示為M個用戶的集合，M為信宿的數量，表示中繼節點與目的用戶節點間的信道系數，竊聽用戶表示為其中表示中繼與潛在竊聽者間的信道系數；