一种具有全双工基站蜂窝网络的D2D隐蔽通信系统及其通信方法.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CN109714737A(43)申请公布日2019.05.03(21)申请号201910130494.8(22)申请日2019.02.21(71)申请人江苏大学地址212013江苏省镇江市京口区学府路301号(72)发明人王良民蒋玉娥陈晓华陈向益刘怡良邬海琴赵蕙(74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所(普通合伙)32204代理人唐红(51)Int.Cl.H04W4/70(2018.01)H04W12/02(2009.01)权利要求书5页说明书9页附图5页(54)发明名称一种具有全双工基站蜂窝网络的D2D隐蔽通信系统及其通信方法(57)摘要本发明公开一种具有全双工基站蜂窝网络的D2D隐蔽通信系统及其通信方法，步骤为：建立具有全双工基站FD-BS的D2D隐蔽通信模型、计算隐蔽性和吞吐量；D2D隐蔽通信模型利用全双工基站FD-BS的空闲天线发送时变的人工噪声，在窃听者Willie的接收端引入不确定因子，实现D2D隐蔽通信；隐蔽性计算中，考虑D2D通信链路发送者DT和全双工基站FD-BS对窃听者Willie的检测阈值具有不确定性，同时考虑窃听者Willie对相关通信链路的信道参数具有不确定性，采用平均最小错误检测概率来衡量隐蔽性；吞吐量计算中，以满足隐蔽性需求的前提下，D2D通信链路可实现的最大平均通信速率来衡量隐蔽吞吐量，在全双工基站FD-BS的辅助下吞吐量得到有效提高。CN109714737ACN109714737A权利要求书1/5页1.一种具有全双工基站蜂窝网络的D2D隐蔽通信系统，其特征在于：包括全双工基站FD-BS、半双工蜂窝用户CU、半双工D2D发送者DT、半双工D2D接收者DR和半双工窃听者Willie；所述的半双工通信终端均为单天线，所述全双工基站FD-BS具有M个接收天线和N个发送天线，全双工基站FD-BS利用同一频谱资源同时发送和接收信息，其存在的剩余自干扰RSI为噪声级别；所述半双工蜂窝用户CU的上行链路和下行链路均采用正交的频谱资源，且相互之间不存在干扰；所述半双工D2D发送者DT和半双工D2D接收者DR组成D2D通信链路，且与半双工蜂窝用户CU的上行通信链路共享频谱资源；所述半双工窃听者Willie采用检测器对D2D通信链路进行监听，探测其是否进行隐蔽信号的传送；上述系统中存在八条通信链路，包括三条期望通信链路、一条窃听链路DT-Willie和四条干扰链路；三条期望通信链路分别为蜂窝通信链路CU→BS、D2D通信链路DT→DR和人工噪声通信链路FD-BS→Willie；四条干扰链路分别为CU→Willie、CU→DR、DT→FD-BS和FD-BS→DR。2.一种基于权利要求1所述的具有全双工基站蜂窝网络的D2D隐蔽通信系统的通信方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)构建具有全双工基站FD-BS的D2D隐蔽通信模型，并对系统各通信链路参数进行配置和初始化，即：D2D发送者DT发送隐蔽信号至D2D接收者DR；半双工蜂窝用户CU发送蜂窝信号至全双工基站FD-BS，同时全双工基站FD-BS发送时变的人工噪声信号至窃听者Willie；窃听者Willie对D2D通信链路是否进行隐蔽信号的传送进行监听和探测；(2)计算全双工基站FD-BS的D2D隐蔽通信模型的隐蔽性，并以窃听者Willie接收端的平均最小错误检测概率AMEP作为衡量标准，然后根据全双工基站FD-BS的发送天线N的个数为单个和多个来分别计算其对应的AMEP；(3)计算全双工基站FD-BS的D2D隐蔽通信模型的吞吐量，即：通过建立吞吐量计算模型，然后根据全双工基站FD-BS的接收和发送天线个数，最终通过优化搜索算法求得吞吐量。3.根据权利要求2所述的具有全双工基站蜂窝网络的D2D隐蔽通信系统的通信方法，其特征在于：所述步骤(1)中建立具有全双工基站FD-BS的D2D隐蔽通信模型的具体方法为：(1.1)全双工基站FD-BS的发送天线和接收天线之间的剩余自干扰RSI为噪声级别，其功率建模为其中ρ为剩余自干扰RSI衡量系数，为全双工基站FD-BS接收到的噪声功率；全双工基站FD-BS发送的人工噪声功率服从均匀分布；(1.2)当全双工基站FD-BS的发送天线和接收天线满足N＝M＝1时，发送的人工噪声信号将干扰窃听者Willie对D2D通信链路的检测，同时将对接收者DR的信号接收产生干扰；当N≥2时，对人工噪声信号进行设计，消除对接收者DR的干扰，且当全双工基站FD-BS的接收天线M≥2，可减小蜂窝通信链路的中断概率，从而提高吞吐量。4.根据权利要求2所述的具有全双工基站蜂窝网络的D2D隐蔽通信系统的通信方法，其特征在于：所述步骤(2)中窃听者Willie的平均最小错误检测概率AMEP的计算方法