專利名稱：基于非再生中繼方式的中繼轉(zhuǎn)發(fā)的控制方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于非再生中繼方式的中繼轉(zhuǎn)發(fā)的控制方法和裝置。
背景技術(shù)：
由于無線傳輸媒介的廣播特性，傳播范圍內(nèi)的無線終端都可能收到來自源節(jié)點的信息。這樣原本由源節(jié)點發(fā)送至目標(biāo)節(jié)點的信息有可能被其他節(jié)點竊聽到，從而導(dǎo)致保密性降低，信息無法被安全傳輸。因此無線通信系統(tǒng)的保密性成為人們關(guān)注的熱點。已有的信息安全研究多集中于物理層上層保密協(xié)議的研究，即對物理層傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝之后， 利用保密協(xié)議來保證信息傳輸安全。目前研究人員將重點轉(zhuǎn)移到如何在不進(jìn)行上層加密的前提下，提高無線通信系統(tǒng)的保密容量，即如何使得竊聽節(jié)點無法或者盡可能少的獲取源節(jié)點發(fā)送到目的節(jié)點的信息。研究人員將源節(jié)點S到目的節(jié)點D之間的容量，與源節(jié)點S和竊聽節(jié)點E之間的容量的差值稱為保密容量。同時，在傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，如果目的節(jié)點處在不能和源節(jié)點通信的一些區(qū)域，例如小區(qū)邊緣，或者在被高大建筑物遮擋等收不到源節(jié)點信號的地方，會導(dǎo)致源節(jié)點與目的節(jié)點之間無法通信，或者信號較差，掉話率提高。如果在原有設(shè)施的基礎(chǔ)上，在源節(jié)點和目的節(jié)點之間增加一些中繼節(jié)點，或者部分源節(jié)點/目的節(jié)點作為中繼節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)信息，可以改善源節(jié)點和目的節(jié)點之間的鏈路質(zhì)量，從而提高系統(tǒng)性能。因此，中繼技術(shù)的研究對新一代無線通信系統(tǒng)具有重要意義。在中繼技術(shù)的研究中，根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)信息的不同，中繼可以分為非再生中繼和再生中繼。非再生中繼是簡單放大接收信息并將其發(fā)送給用戶。再生中繼是中繼站對接收信息進(jìn)行解碼并重新編碼之后發(fā)送給用戶。鑒于中繼技術(shù)的優(yōu)勢，將物理層信息安全與中繼相結(jié)合成為無線領(lǐng)域內(nèi)的一個新的研究熱點。研究中發(fā)現(xiàn)當(dāng)中繼節(jié)點靠近目的節(jié)點時，源節(jié)點到目的節(jié)點之間的容量大于竊聽鏈路的容量。因此，在有保密容量限制的協(xié)同中繼系統(tǒng)中，中繼選擇是一種提高系統(tǒng)性能且減少實現(xiàn)復(fù)雜度的有效方法。與此同時，人們發(fā)現(xiàn)當(dāng)有其他節(jié)點協(xié)助源節(jié)點發(fā)送干擾， 即目的節(jié)點和竊聽節(jié)點都收到干擾信息，而目的節(jié)點已知這些干擾信息時，可以有效提高系統(tǒng)的保密容量。當(dāng)源節(jié)點和目的節(jié)點之間存在多個中繼節(jié)點時，已有的將物理層信息安全與中繼相結(jié)合的工作多集中在再生中繼系統(tǒng)中第一階段源節(jié)點向多個中繼節(jié)點廣播發(fā)送信息， 然后系統(tǒng)從可以成功解碼的中繼節(jié)點中選擇最優(yōu)節(jié)點進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，然后從其他中繼節(jié)點中選擇一個干擾節(jié)點發(fā)送干擾；第二階段被選中的中繼節(jié)點解碼并重新編碼后向目的節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)，干擾節(jié)點發(fā)送干擾信息。竊聽節(jié)點可以接收到第二階段中繼節(jié)點和干擾節(jié)點發(fā)送的信息。但是從系統(tǒng)實際工作的角度出發(fā)，再生中繼的方式對于系統(tǒng)實現(xiàn)來說，復(fù)雜度較高。由此可見，當(dāng)前保證系統(tǒng)的保密容量時，采用再生中繼方式的中繼轉(zhuǎn)發(fā)過程中，導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜度高，因此當(dāng)前需要一種基于非再生中繼方式的技術(shù)方案來實現(xiàn)中繼轉(zhuǎn)發(fā)的控制，保證了系統(tǒng)的保密容量的同時，且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種基于非再生中繼方式的中繼轉(zhuǎn)發(fā)的控制方法和裝置，解決了在保證系統(tǒng)的保密容量的前提下，如何采用非再生中繼方式的實現(xiàn)中繼轉(zhuǎn)發(fā)的問題。為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于非再生中繼方式的中繼轉(zhuǎn)發(fā)的控制方法，包括源節(jié)點所屬服務(wù)區(qū)內(nèi)的各個中繼節(jié)點，根據(jù)獲得其和源節(jié)點之間的信道狀態(tài)信息、以及其和目的節(jié)點之間的信道狀態(tài)信息，計算進(jìn)行中繼選擇所需要的信道信息，反饋給源節(jié)點；源節(jié)點收到中繼節(jié)點發(fā)送的信道信息后，根據(jù)該信道信息從所述各中繼節(jié)點中選擇所述信道信息中反饋的數(shù)值最大的一組中繼節(jié)點來轉(zhuǎn)發(fā)信息，選擇次大的一組中繼節(jié)點發(fā)送干擾信息，被選中的中繼節(jié)點通過非再生中繼方式，協(xié)同源節(jié)點向目的節(jié)點進(jìn)行信息傳輸。所述的控制方法，其中，所述各個中繼節(jié)點根據(jù)獲得其和源節(jié)點之間的信道狀態(tài)信息、以及其和目的節(jié)點之間的信道狀態(tài)信息，計算進(jìn)行中繼選擇所需要的信道信息，反饋給源節(jié)點的步驟，包括各個中繼節(jié)點測量其和源節(jié)點、以及其和目的節(jié)點之間的信道系數(shù)后，計算其和源節(jié)點、以及其和目的節(jié)點之間的信道系數(shù)的絕對值，再比較得到二者中的較小值，反饋給源節(jié)點。本發(fā)明還提供了又一種中繼轉(zhuǎn)發(fā)的控制裝置，包括獲取信息單元，用于獲取源節(jié)點所屬服務(wù)區(qū)內(nèi)的各個中繼節(jié)點和源節(jié)點之間的信道狀態(tài)信息、以及該各個中繼節(jié)點和目的節(jié)點之間的信道狀態(tài)信息；計算單元，用于根據(jù)獲取的所述信道狀態(tài)信息，計算進(jìn)行中繼選擇所需要的信道信息；及中繼節(jié)點選擇單元，用于根據(jù)計算得到的所述信道信息，從所述各中繼節(jié)點中選擇所述信道信息中反饋的數(shù)值最大的一組中繼節(jié)點來轉(zhuǎn)發(fā)信息，選擇次大的一組中繼節(jié)點發(fā)送干擾信息。所述的控制裝置，其中，所述獲取信息單元是通過測量所述各個中繼節(jié)點和源節(jié)點，以及該各個中繼節(jié)點和目的節(jié)點之間的信道系數(shù)，獲取所述信道狀態(tài)信息；所述計算單元是通過計算所述各個中繼節(jié)點和源節(jié)點、以及該各個中繼節(jié)點和目的節(jié)點之間的信道系數(shù)的絕對值，再比較得到二者中的較小值，來計算進(jìn)行中繼選擇所需要的信道信息。應(yīng)用本發(fā)明，通過基于非再生中繼方式的中繼轉(zhuǎn)發(fā)的控制方法，解決了中繼轉(zhuǎn)發(fā)中保證了系統(tǒng)的保密容量的問題，且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，極大降低了網(wǎng)絡(luò)信令負(fù)荷和計算復(fù)雜度的同時，保證了系統(tǒng)保密容量，性能代價比高，具有較強(qiáng)的實用性。


圖1為本發(fā)明的一種基于非再生中繼方式的中繼轉(zhuǎn)發(fā)的控制方法的流程圖；圖2為本發(fā)明的中繼轉(zhuǎn)發(fā)的控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的實例中一單源多中繼的無線通信系統(tǒng)模型的示意圖；圖4為本發(fā)明的實例的中繼選擇方法的流程圖；圖5為采用本發(fā)明的中繼選擇方法與隨機(jī)進(jìn)行中繼選擇的保密容量的對比示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。本發(fā)明適用于存在竊聽端的單源多中繼系統(tǒng)的中繼選擇、轉(zhuǎn)發(fā)方法和中繼設(shè)備。如圖1所示，本發(fā)明的一種基于非再生中繼方式的中繼轉(zhuǎn)發(fā)的控制方法，包括以下步驟步驟110、確定源節(jié)點所屬服務(wù)區(qū)內(nèi)的中繼節(jié)點；根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃要求，在蜂窩系統(tǒng)中設(shè)置多個中繼站。通過信令傳輸，源節(jié)點確定其服務(wù)區(qū)內(nèi)的中繼節(jié)點，將這些中繼節(jié)點都作為待選中繼節(jié)點。步驟120、各中繼節(jié)點根據(jù)獲得其和源節(jié)點之間的信道狀態(tài)信息，以及其和目的節(jié)點之間的信道狀態(tài)信息，計算進(jìn)行中繼選擇所需要的信道信息，反饋給源節(jié)點；待選中繼節(jié)點獲得各自和源節(jié)點之間的信道系數(shù)，以及和目的節(jié)點之間的信道系數(shù)，然后計算信道系數(shù)的模。然后每個中繼節(jié)點比較得到二者中的較小值，反饋給源節(jié)點。具體包括以下步驟，步驟1201、每個中繼節(jié)點測量各自和源節(jié)點、目的節(jié)點之間的信道系數(shù)。步驟1202、每個中繼節(jié)點計算各自和源節(jié)點、目的節(jié)點之間的信道系數(shù)的絕對值， 再比較得到二者中的較小值，反饋給源節(jié)點。步驟130、源節(jié)點收到中繼節(jié)點發(fā)送的信道信息后，根據(jù)該信息進(jìn)行中繼節(jié)點的選擇，從待選中繼節(jié)點中選擇所述信道信息中反饋的數(shù)值最大的一組中繼節(jié)點來轉(zhuǎn)發(fā)信息， 次大的一組中繼節(jié)點發(fā)送干擾信息；步驟140、源節(jié)點通過信令通知被選中的中繼節(jié)點后，被選中的中繼節(jié)點通過非再生中繼方式協(xié)同源節(jié)點進(jìn)行信息傳輸。未被選中的中繼節(jié)點繼續(xù)保持待命狀態(tài)。按照設(shè)定的周期，各個節(jié)點循環(huán)執(zhí)行上述步驟。即該中繼節(jié)點定期更新所述信道狀態(tài)信息，以進(jìn)行下一次中繼選擇。源節(jié)點發(fā)送信息，并且使用被選中的中繼節(jié)點協(xié)同轉(zhuǎn)發(fā)。如圖2所示，本發(fā)明的中繼轉(zhuǎn)發(fā)的控制裝置，包括中繼節(jié)點確定單元201、獲取信息單元202、計算單元203及中繼節(jié)點選擇單元204，其中，所述中繼節(jié)點確定單元201，用于確定源節(jié)點所屬服務(wù)區(qū)內(nèi)的各個中繼節(jié)點；所述獲取信息單元202，用于獲取源節(jié)點所屬服務(wù)區(qū)內(nèi)的各個中繼節(jié)點和源節(jié)點之間的信道狀態(tài)信息、以及該各個中繼節(jié)點和目的節(jié)點之間的信道狀態(tài)信息；所述計算單元203，用于根據(jù)獲取的所述信道狀態(tài)信息，計算進(jìn)行中繼選擇所需要的信道信息；所述中繼節(jié)點選擇單元204，用于根據(jù)計算得到的所述信道信息，從所述各中繼節(jié)點中選擇所述信道信息中反饋的數(shù)值最大的一組中繼節(jié)點來轉(zhuǎn)發(fā)信息，選擇次大的一組中繼節(jié)點發(fā)送干擾信息。所述中繼節(jié)點確定單元201是通過信令傳輸，確定源節(jié)點的服務(wù)區(qū)內(nèi)的各個中繼節(jié)點。所述獲取信息單元202是通過測量所述各個中繼節(jié)點和源節(jié)點，以及該各個中繼節(jié)點和目的節(jié)點之間的信道系數(shù)，獲取所述信道狀態(tài)信息；所述計算單元203是通過計算所述各個中繼節(jié)點和源節(jié)點、以及該各個中繼節(jié)點和目的節(jié)點之間的信道系數(shù)的絕對值，再比較得到二者中的較小值，來計算進(jìn)行中繼選擇所需要的信道信息。所述中繼節(jié)點選擇單元204，還用于將選中的中繼節(jié)點通過非再生中繼方式，協(xié)同源節(jié)點向目的節(jié)點進(jìn)行信息傳輸。下面結(jié)合具體實例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。如圖3所示，假設(shè)一個單源多中繼的無線通信系統(tǒng)模型的環(huán)境，系統(tǒng)中包括一個源節(jié)點(s)、MK個中繼節(jié)點(Ri,…,Rmr )和一個目的節(jié)點。其中自然數(shù)下標(biāo)代表中繼節(jié)點的序號，源節(jié)點和目的節(jié)點之間沒有直傳鏈路，通過多個中繼節(jié)點向目的節(jié)點傳輸信息。假設(shè)源節(jié)點、中繼節(jié)點和目的節(jié)點均配備單根天線，源節(jié)點和各中繼節(jié)點發(fā)射功率分別為為Ps 和Ρκ。、,表示源節(jié)點與第i個中繼節(jié)點之間的信道，表示第i個中繼節(jié)點與目的節(jié)點之間的信道，~￡表示第i個中繼節(jié)點與竊聽節(jié)點之間的信道。假設(shè)源節(jié)點與中繼節(jié)點，中繼節(jié)點與目的節(jié)點之間的信道為準(zhǔn)靜態(tài)信道，在兩跳傳輸階段保持不變。信道噪聲均為加性白高斯噪聲。第一階段，假設(shè)S要發(fā)射給目的節(jié)點的信息為&，選擇第i個中繼節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)信息， 第j個中繼節(jié)點發(fā)送干擾信息，nEi為第i個中繼節(jié)點的噪聲值，那么第i個中繼節(jié)點的接收信息yKi可以表示為
權(quán)利要求
1.一種基于非再生中繼方式的中繼轉(zhuǎn)發(fā)的控制方法，其特征在于，包括源節(jié)點所屬服務(wù)區(qū)內(nèi)的各個中繼節(jié)點，根據(jù)獲得其和源節(jié)點之間的信道狀態(tài)信息、以及其和目的節(jié)點之間的信道狀態(tài)信息，計算進(jìn)行中繼選擇所需要的信道信息，反饋給源節(jié)占. 源節(jié)點收到中繼節(jié)點發(fā)送的信道信息后，根據(jù)該信道信息從所述各中繼節(jié)點中選擇所述信道信息中反饋的數(shù)值最大的一組中繼節(jié)點來轉(zhuǎn)發(fā)信息，選擇次大的一組中繼節(jié)點發(fā)送干擾信息，被選中的中繼節(jié)點通過非再生中繼方式，協(xié)同源節(jié)點向目的節(jié)點進(jìn)行信息傳輸。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述各個中繼節(jié)點根據(jù)獲得其和源節(jié)點之間的信道狀態(tài)信息、以及其和目的節(jié)點之間的信道狀態(tài)信息，計算進(jìn)行中繼選擇所需要的信道信息，反饋給源節(jié)點的步驟，包括各個中繼節(jié)點測量其和源節(jié)點、以及其和目的節(jié)點之間的信道系數(shù)后，計算其和源節(jié)點、以及其和目的節(jié)點之間的信道系數(shù)的絕對值，再比較得到二者中的較小值，反饋給源節(jié)點ο
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括 所述選定用于轉(zhuǎn)發(fā)信息的第i個中繼節(jié)點的接收信息yKi為 其中，源節(jié)點需要發(fā)送給目的節(jié)點的信息為&，選擇第i個中繼節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)信息，/ ,為源節(jié)點與第i個中繼節(jié)點之間的信道，Ps為源節(jié)點的發(fā)射功率，nEi為第i個中繼節(jié)點的噪聲值；若第i個中繼節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)系數(shù)為β i，則第i個中繼節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)信息&為 xR1 =2其中，β，= Ps hSRi +σζ , σ2為第i個中繼節(jié)點的噪聲功率；所述選定用于發(fā)送干擾信息的第j個中繼節(jié)點發(fā)送干擾信息，目的節(jié)點的接收信息yD為yD = s[P^hRDxR + nD ^Φ nD 力 S白勺f 點、白勺；其中竊聽節(jié)點的接收信息^為yE =^1R1E xR1 +^1RjE xRj + ftE ,其中，第i個中繼節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)給目的節(jié)點和竊聽節(jié)點的信息為，第j個中繼節(jié)點發(fā)送給目的節(jié)點和竊聽節(jié)點的干擾信息為, \D為第i個中繼節(jié)點與目的節(jié)點之間的信道’ ^1R1E為第i個中繼節(jié)點與竊聽節(jié)點之間的信道，Pk為所述源節(jié)點所屬服務(wù)區(qū)內(nèi)的各個中繼節(jié)點的發(fā)射功率。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括確定所述源節(jié)點所屬服務(wù)區(qū)內(nèi)的各個中繼節(jié)點的步驟，該步驟是通過信令傳輸，源節(jié)點確定其服務(wù)區(qū)內(nèi)的各個中繼節(jié)點。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括所述中繼節(jié)點中未被選中的中繼節(jié)點繼續(xù)保持待命狀態(tài)，該中繼節(jié)點定期更新所述信道狀態(tài)信息，以進(jìn)行下一次中繼選擇。
6.一種中繼轉(zhuǎn)發(fā)的控制裝置，其特征在于，包括獲取信息單元，用于獲取源節(jié)點所屬服務(wù)區(qū)內(nèi)的各個中繼節(jié)點和源節(jié)點之間的信道狀態(tài)信息、以及該各個中繼節(jié)點和目的節(jié)點之間的信道狀態(tài)信息；計算單元，用于根據(jù)獲取的所述信道狀態(tài)信息，計算進(jìn)行中繼選擇所需要的信道信息；及中繼節(jié)點選擇單元，用于根據(jù)計算得到的所述信道信息，從所述各中繼節(jié)點中選擇所述信道信息中反饋的數(shù)值最大的一組中繼節(jié)點來轉(zhuǎn)發(fā)信息，選擇次大的一組中繼節(jié)點發(fā)送干擾信息。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述獲取信息單元是通過測量所述各個中繼節(jié)點和源節(jié)點，以及該各個中繼節(jié)點和目的節(jié)點之間的信道系數(shù)，獲取所述信道狀態(tài)信息；所述計算單元是通過計算所述各個中繼節(jié)點和源節(jié)點、以及該各個中繼節(jié)點和目的節(jié)點之間的信道系數(shù)的絕對值，再比較得到二者中的較小值，來計算進(jìn)行中繼選擇所需要的 信道信息。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括中繼節(jié)點確定單元，用于確定源節(jié)點所屬服務(wù)區(qū)內(nèi)的各個中繼節(jié)點。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述中繼節(jié)點選擇單元，還用于將選中的中繼節(jié)點通過非再生中繼方式，協(xié)同源節(jié)點向目的節(jié)點進(jìn)行信息傳輸。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述中繼節(jié)點選擇單元選定用于轉(zhuǎn)發(fā)信息的第i個中繼節(jié)點的接收信息yKi為
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于非再生中繼方式的中繼轉(zhuǎn)發(fā)的控制方法和裝置，包括源節(jié)點所屬服務(wù)區(qū)內(nèi)的各個中繼節(jié)點，根據(jù)獲得其和源節(jié)點之間的信道狀態(tài)信息、以及其和目的節(jié)點之間的信道狀態(tài)信息，計算進(jìn)行中繼選擇所需要的信道信息，反饋給源節(jié)點；源節(jié)點收到中繼節(jié)點發(fā)送的信道信息后，根據(jù)該信道信息從所述各中繼節(jié)點中選擇所述信道信息中反饋的數(shù)值最大的一組中繼節(jié)點來轉(zhuǎn)發(fā)信息，選擇次大的一組中繼節(jié)點發(fā)送干擾信息，被選中的中繼節(jié)點通過非再生中繼方式，協(xié)同源節(jié)點向目的節(jié)點進(jìn)行信息傳輸。應(yīng)用本發(fā)明，極大降低了網(wǎng)絡(luò)信令負(fù)荷和計算復(fù)雜度的同時，保證了系統(tǒng)保密容量，而且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，性能代價比高。
文檔編號H04L25/02GK102355661SQ201110205200
公開日2012年2月15日 申請日期2011年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月21日
發(fā)明者張月瑩, 曠婧華, 王文博, 王方向, 鄭侃, 龍航 申請人:北京郵電大學(xué)