[發明專利]一種無線供能全雙工中繼協作的保密傳輸方法及系統

有效

• 申請號: 202010147290.8
• 申請日: 2020-03-05
• 公開（公告）號: CN111356130B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 王政;喬靜萍;田杰;邊際
• 申請（專利權）人: 山東師范大學
• 主分類號: H04W12/03
• 分類號: H04W12/03;H04W12/121;H04W24/02;H04W24/06;H04W40/10;H04W40/22
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

本發明公開了一種無線供能全雙工中繼協作的保密傳輸方法及系統，包括中繼接收由信源發送的能量信號，進行能量的收割；中繼接收由信源發送的攜帶隱私信號的信息，利用收割的能量將信息轉發至合法接收端，且竊聽用戶接收該信息；根據合法接收端和竊聽用戶接收的信息計算非完美竊聽信道狀態下的保密率下界；構建最大化保密率的優化問題，采用迭代收斂優化方法計算所述優化問題的最優解，在得到的最優保密率滿足保密率下界的基礎上，以該最優保密率進行信息保密傳輸。通過已知竊聽信道估計誤差閾值情況下，對保密率最大化，與現有方法相比，本發明不僅考慮了竊聽信道狀態信息獲取非完美性對信息安全傳輸的影響，同時兼顧了能量受限中繼天線資源的復用。

技術領域

本發明涉及通信系統技術領域，特別是涉及一種無線供能全雙工中繼協作的保密傳輸方法及系統。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本發明相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

物理層安全技術(PLS，Physical?Layer?Security)是保障未來無線通信系統信息安全傳輸的關鍵技術。協作中繼是物理層安全技術的重要技術手段，其可以借助中繼節點構建虛擬多天線(MIMO)系統，為安全通信系統提供更多的空間資源，實現定向信息傳輸，降低信息泄露。但實際通信中，中繼節點可能是蜂窩網絡中電池供電的移動用戶，因此該節點可能會因為自身有限的能量存儲而不能參與協作安全通信。近年來，基于射頻(RF，RadioFrequency)信號的能量收割技術受到業界廣泛關注。借助該能量收割技術，中繼節點可以從信源或通信環境中收割射頻信號能量來延長自身壽命，并且實現無線信息與能量同傳。

中國專利文獻CN?109743729A公開了一種無線攜能協作系統的保密傳輸方法，利用能量分割協議實現中繼節點的無線供能，并設計了基于最優能量分割和最優協同干擾功率分配的保密率最大化方案，實現了數據的保密傳輸。但該專利中無線系統保密性能的增益是基于完美竊聽信道狀態信息假設的，不能對抗非完美竊聽信道狀態信息帶來的信息泄露問題。

發明人發現，在已有的無線供能通信方案中，大多數工作主要關注點對點或半雙工協作安全通信，而無線供能的全雙工(FD，Full-duplex)協作中繼系統的安全傳輸問題有待研究；并且現有研究的保密性能的增益大多依賴于完美竊聽用戶信道狀態信息，這僅是非常理想的假設。實際通信系統中，竊聽用戶為實現有效竊聽并不被合法用戶發現，經常會保持沉默或隱藏自身存在，并且不會主動反饋或者不會反饋精確竊聽信道信息給合法用戶，因此合法通信用戶很難獲得完美竊聽信道狀態信息。這種不確定性因素會導致嚴重的信息泄露和系統安全性能的顯著降低。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出了一種無線供能全雙工中繼協作的保密傳輸方法及系統，針對竊聽信道狀態信息非完美可知的能量受限協作中繼系統，理論推導保密率閉式表達式和非完美竊聽信道狀態信息下的保密率下界，提出基于能量波束、信息波束、時分因子、功率分配因子聯合設計的魯棒安全傳輸方法，在實現中繼無線供能的情況下最大化了系統保密率，實現了信息的安全傳輸。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

第一方面，本發明提供一種無線供能全雙工中繼協作的保密傳輸方法，包括：

中繼復用所有天線資源接收由信源發送的能量信號，進行能量的收割；

中繼接收由信源發送的攜帶隱私信號的信息，利用收割的能量將信息轉發至合法接收端，且竊聽用戶接收該信息；

根據合法接收端和竊聽用戶接收的信息計算非完美竊聽信道狀態下的保密率下界；

根據能量波束、信息波束、時分因子、功率分配因子構建最大化保密率的優化問題，采用迭代收斂優化方法將該優化問題分解為三個子優化問題并依次計算最優解，在滿足迭代算法收斂條件下的最優解基礎上，以最優解下獲得的最優保密率進行信息保密傳輸。