基于最优用户选择的功率分配能量采集中继安全通信方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106877919A(43)申请公布日2017.06.20(21)申请号201710000992.1(22)申请日2017.01.03(71)申请人华侨大学地址362000福建省泉州市丰泽区城东(72)发明人赵睿方嘉佳袁毅谭星聂志巧(74)专利代理机构厦门市首创君合专利事务所有限公司35204代理人张松亭杨锴(51)Int.Cl.H04B7/155(2006.01)H04L29/06(2006.01)H04W40/08(2009.01)H04W40/10(2009.01)H04W40/22(2009.01)权利要求书2页说明书6页附图4页(54)发明名称基于最优用户选择的功率分配能量采集中继安全通信方法(57)摘要本发明涉及一种基于最优用户选择的功率分配能量采集中继安全通信方法，信息的整个安全传输过程分为两个时隙完成，在第一时隙中，信源将有用信息发送给中继，中继节点将接收到信号的部分功率用于能量采集，剩余的功率用于接收来自信源发送的有用信息；在第二时隙中，中继将第一时隙接收到的信号广播至信宿。第一时隙中继所采集到的能量全部被用于第二时隙的信息转发。本发明中通过合理的将协作技术与时分能量采集技术相结合，使得窃听信道的接收信噪比降低，提升了网络的安全性能，从而保障了信息的安全传输。本发明中，半双工中继具有能量采集技术，通过中继与其他节点之间的协作，使得窃听信道的接收信噪比降低，达到保障系统安全传输的目的。CN106877919ACN106877919A权利要求书1/2页1.一种基于最优用户选择的功率分配能量采集中继安全通信方法，其特征在于，步骤如下：1)在第一时隙中，中继从M个用户中选择一个接收信噪比最大的用户作为合法用户进行服务，则合法用户表示为其中，表示M个用户的集合，表示中继到信宿的信道功率增益；剩余未被选中的用户都是潜在的窃听用户，系统窃听速率由所有窃听节点中接收信噪比最大的窃听用户决定，则该窃听用户表示为其中j≠i，表示中继到潜在窃听用户的信道功率增益；中继节点将接收到信号的部分功率用于能量采集，中继接收信号的表达式为其中，PS为信源的发送功率，dSR为信源到中继的距离，ρ(0<ρ<1)表示功率分配因子，m表示路径损耗因子，hSR为信源至中继的信道参数，XS为单位方差信源信号，nR表示单位方差的加性白高斯噪声；2)在第二时隙中，当信号用于能量采集之后，中继的发送功率为其中，ρ(0<ρ<1)表示功率分配因子，η表示进行无线能量采集时的能量转换效率因子；中继将第一时隙接收到的信号广播至信宿，则第二时隙中，信宿接收信号表达式为：其中，i为第i个信宿节点，βc为中继放大因子；3)系统的瞬时安全速率表示为其中+表示合法用户接受信噪比，γε表示窃听用户接受信噪比，[a]表示max(a,0)；则基于瞬时安全速率的系统吞吐量为τ＝CS；4)中继采用最优功分因子进行无线信号传输和能量采集，最优功分因子算法为：通过对系统吞吐量τ相对功率分配因子ρ取偏导，并设其为0，即可得到使得系统安全性能最强时，功率分配因子ρ的最优取值，表示为2CN106877919A权利要求书2/2页其中，为中继至合法用户的信道参数，hRε为中继至窃听用户的信道参数。2.根据权利要求1所述的基于最优用户选择的功率分配能量采集中继安全通信方法，其特征在于，步骤1)中，在忽略采集天线接收噪声所带微弱能量时，中继在第一时隙采集的能量表示为其中ρ(0<ρ<1)表示功率分配因子，η表示进行无线能量采集时的能量转换效率因子，T表示两个时隙传输的总时长，T在两个时隙均匀分配。3.根据权利要求2所述的基于最优用户选择的功率分配能量采集中继安全通信方法，其特征在于，第一时隙中继采集的能量全部用于第二时隙的信息传输。4.根据权利要求1所述的基于最优用户选择的功率分配能量采集中继安全通信方法，其特征在于，步骤2)中，中继采用的是可变增益放大转发协议，在该协议下，中继放大因子则信宿接收信号表达式化为：其中，为中继到信宿之间的距离，表示中继与信宿间信道系数，nR和均表示单位方差的加性白高斯噪声，进而得出第二时隙中，信宿的接收信噪比为：3CN106877919A说明书1/6页基于最优用户选择的功率分配能量采集中继安全通信方法技术领域[0001]本发明涉及无线通信及物理层安全领域，更具体地说，涉及一种基于最优用户选择的功率分配能量采集中继安全通信方法。背景技术[0002]随着网络技术的快速发展，越来越复杂的网络结构使得信息的安全传输更容易受到威胁。基于密钥体制的高层安全协议和加密算法等方法虽然可以在一定程度上提升信息安全性，但无法克服无线信道的广播特性和迅速提升的计算能力对信息安全产生的不利影响。物理层安全技术通过充分利用