一種物理層安全的認(rèn)知中繼通信方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種物理層安全的認(rèn)知中繼通信方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 認(rèn)知中繼通信已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外學(xué)界和工業(yè)界的關(guān)注焦點(diǎn)，人們已經(jīng)提出很多認(rèn)知 中繼通信方法，分析了吞吐量和中斷概率等性能。無線通信媒質(zhì)是開放的，任何非法用戶都 可能竊聽到合法用戶的信息，進(jìn)而擾亂合法用戶的正常通信。在認(rèn)知中繼通信系統(tǒng)中，非法 用戶可能竊聽到信息信號(hào)，擾亂主用戶和次用戶的通信。
[0003] 為了防止信息信號(hào)被竊聽，人們提出了很多種物理層安全通信模型和方法，通常 的做法是干擾方發(fā)送人工噪聲信號(hào)去干擾非法竊聽者獲取合法用戶的信息。在認(rèn)知中繼通 信系統(tǒng)中，人們分析了非法用戶竊聽信息信號(hào)時(shí)的安全容量，并且提出了有特定干擾方的 物理層安全通信方案。但是特定干擾方使得認(rèn)知中繼通信系統(tǒng)變得更加復(fù)雜，干擾控制變 得更加困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的狀況，本發(fā)明提供一種物理層安全的認(rèn)知中繼通信方法，讓次用 戶扮演特定干擾方的角色，可W簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型，同時(shí)主用戶更加愿意和次用戶共享頻帶，在 有效干擾竊聽者的同時(shí)保障主用戶和次用戶的通信可靠性，適用于不經(jīng)過數(shù)據(jù)加密的認(rèn)知 中繼通信系統(tǒng)。
[000引物理層安全的認(rèn)知中繼通信系統(tǒng)中有一對(duì)主用戶的發(fā)射機(jī)PT和接收機(jī)PR, -對(duì)次 用戶的發(fā)射機(jī)ST和接收機(jī)SR,還有一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)R和一個(gè)非法竊聽者E。次用戶和主用戶共 享頻帶，對(duì)主用戶造成干擾，因此引入中繼節(jié)點(diǎn)來提高主用戶和次用戶的吞吐量；另外，系 統(tǒng)中沒有特定的干擾方，次用戶作為干擾方發(fā)送人工噪聲信號(hào)去干擾竊聽者。如圖1所示， 物理層安全的認(rèn)知中繼通信分兩階段進(jìn)行:在第一階段，主用戶發(fā)射機(jī)PT向主用戶接收機(jī) PR發(fā)送一個(gè)信息信號(hào)s(t)，同時(shí)次用戶發(fā)射機(jī)ST向次用戶接收機(jī)SR發(fā)送一個(gè)組合信號(hào)r (t)，該組合信號(hào)r(t)包含次用戶的信息信號(hào)c(t)和人工噪聲信號(hào)n(t)， r的= 的，其中a是功率分配因子。在第二階段，中繼節(jié)點(diǎn)時(shí)尋接收信號(hào)放大轉(zhuǎn) 發(fā)出去，主用戶接收機(jī)P時(shí)尋兩個(gè)階段的接收信號(hào)W最大比合并，消除次用戶的信息信號(hào)C (t)和人工噪聲信號(hào)n(t)，恢復(fù)主用戶的信息信號(hào)s(t);次用戶接收機(jī)SR也將兩個(gè)階段的接 收信號(hào)W最大比合并，消除主用戶的信息信號(hào)s(t)和人工噪聲信號(hào)n(t)，恢復(fù)次用戶的信 息信號(hào)c(t);由于人工噪聲信號(hào)n(t)的存在，竊聽者E很難竊聽到信息信號(hào)，而且很難區(qū)分 主用戶的信息信號(hào)s(t)和次用戶的信息信號(hào)c(t)。
【附圖說明】
[0006]圖1為物理層安全的認(rèn)知中繼通信系統(tǒng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0007] W下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明，如圖1所示，物理層安全的認(rèn) 知中繼通信分兩階段進(jìn)行。
[0008] 在第一階段，主用戶發(fā)射機(jī)PT向主用戶接收機(jī)PR發(fā)送一個(gè)信息信號(hào)s(t)，同時(shí)次 用戶發(fā)射機(jī)ST向次用戶接收機(jī)SR發(fā)送一個(gè)組合信號(hào)r(t)，它包含次用戶的信息信號(hào)c(t)和 人工噪聲信號(hào)n(t)，/?的=V品仍制，其中a是功率分配因子。主用戶接收機(jī)PR、次用 戶接收機(jī)SR、中繼節(jié)點(diǎn)R和竊聽者E的接收信號(hào)分別表示為：
[0013] 其中:Pp和Ps分別是主用戶發(fā)射機(jī)PT和次用戶發(fā)射機(jī)ST的發(fā)射功率;hp和hsp分別是 主用戶發(fā)射機(jī)PT和次用戶發(fā)射機(jī)ST到主用戶接收機(jī)PR的信道系數(shù);bps和hs分別是主用戶發(fā) 射機(jī)PT和次用戶發(fā)射機(jī)ST到次用戶接收機(jī)SR的信道系數(shù);hpr和hsr分別是主用戶發(fā)射機(jī)PT 和次用戶發(fā)射機(jī)ST到中繼R的信道系數(shù);hpe和hse分別是主用戶發(fā)射機(jī)PT和次用戶發(fā)射機(jī)ST 到竊聽者E的信道系數(shù);v(t)、w(t)、u(t)和《(t)是均值為零、方差為O2的加性高斯白噪聲。
[0014] 在第二階段，中繼節(jié)點(diǎn)時(shí)尋接收信號(hào)放大轉(zhuǎn)發(fā)出去，主用戶接收機(jī)PR、次用戶接收 機(jī)SR和竊聽者E的接收信號(hào)分別表示為：
[001 引"'(/0 = ./如;。,非)+部)；
[0016] m{t) =扣h,、之(f) +從t);
[0017] b{t) =而h。z{t) + 認(rèn)f)。
[001引其中：0是放大增益;hrp、hrs和hre分別是中繼R到主用戶接收機(jī)PR、次用戶接收機(jī)SR 和竊聽者E的信道系數(shù);S(t)、y(t)和P(t)都是均值為零、方差為O2的加性高斯白噪聲。
[0019]主用戶接收機(jī)將X(t)和d(t)W最大比合并，消除次用戶的信息信號(hào)C(t)和人工 噪聲信號(hào)n(t)，恢復(fù)主用戶的信息信號(hào)s(t)。次用戶接收機(jī)S時(shí)尋y(t)和m(t)w最大比合并， 消除主用戶的信息信號(hào)s(t)和人工噪聲信號(hào)n(t)，恢復(fù)次用戶的信息信號(hào)c(t)。由于人工 噪聲信號(hào)n(t)的存在，竊聽者E很難竊聽到信息信號(hào)，而且很難區(qū)分主用戶的信息信號(hào)s(t) 和次用戶的信息信號(hào)c(t)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種物理層安全的認(rèn)知中繼通信方法，所述方法包括： 系統(tǒng)中至少分別包含一對(duì)主用戶的發(fā)射機(jī)PT和接收機(jī)PR、一對(duì)次用戶的發(fā)射機(jī)ST和接 收機(jī)SR、一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)R和一個(gè)非法竊聽者E;次用戶作為干擾方發(fā)送人工噪聲信號(hào)去干擾 竊聽者；中繼通信分兩階段進(jìn)行： 第一階段:主用戶發(fā)射機(jī)PT向主用戶接收機(jī)PR發(fā)送一個(gè)信息信號(hào)s(t)，同時(shí)次用戶發(fā) 射機(jī)ST向次用戶接收機(jī)SR發(fā)送一個(gè)組合信號(hào)r(t)，所述組合信號(hào)r(t)包含次用戶的信息信 號(hào)(3(1:)和人工噪聲信號(hào)nU)，啼)=Vw-WWl-化'?(/)，其中日是功率分配因子; 第二階段：中繼節(jié)點(diǎn)時(shí)尋接收信號(hào)放大轉(zhuǎn)發(fā)出去，主用戶接收機(jī)P時(shí)尋兩個(gè)階段的接收信 號(hào)W最大比合并，消除次用戶的信息信號(hào)c(t)和人工噪聲信號(hào)n(t)，恢復(fù)主用戶的信息信 號(hào)s(t);次用戶接收機(jī)SR也將兩個(gè)階段的接收信號(hào)W最大比合并，消除主用戶的信息信號(hào)S (t)和人工噪聲信號(hào)n(t)，恢復(fù)次用戶的信息信號(hào)c(t)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中：第一階段主用戶接收機(jī)PR的接收信號(hào)表示為 堿=知_。M材+瓜制;第一階段次用戶接收機(jī)SR的接收信號(hào)表不為>'(').=捉/!。,啦+瓜A,.K'.)+?切.;： 第二階段主用戶接收機(jī)?3的接收信號(hào)表示為。'(/)=>/京/;。,_古)+卻小第二階段次用戶接收機(jī) SR的接收信號(hào)表不為m約=病r(/) I ,"(/); 上述數(shù)學(xué)式中： 0是放大增益;Pp和Ps分別是主用戶發(fā)射機(jī)PT和次用戶發(fā)射機(jī)ST的發(fā)射功率;hp和hsp分 別是主用戶發(fā)射機(jī)PT和次用戶發(fā)射機(jī)ST到主用戶接收機(jī)的信道系數(shù);bps和hs分別是主用 戶發(fā)射機(jī)PT和次用戶發(fā)射機(jī)ST到次用戶接收機(jī)SR的信道系數(shù);hpr和hsr分別是主用戶發(fā)射 機(jī)PT和次用戶發(fā)射機(jī)ST到中繼R的信道系數(shù);hpe和hse分別是主用戶發(fā)射機(jī)PT和次用戶發(fā)射 機(jī)ST到竊聽者E的信道系數(shù);hrp、hrs和hre分別是中繼節(jié)點(diǎn)昭化用戶接收機(jī)PR、次用戶接收 機(jī)SR和竊聽者E的信道系數(shù);v(t)、w(t)、u(t)、《(t)、S(t)、ii(t)和P(t)都是均值為零、方差 為O 2的加性高斯白噪聲。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種物理層安全的認(rèn)知中繼通信方法，所述方法包括：在第一階段，主用戶發(fā)射機(jī)向主用戶接收機(jī)發(fā)送一個(gè)信息信號(hào)，同時(shí)次用戶發(fā)射機(jī)向次用戶接收機(jī)發(fā)送一個(gè)組合信號(hào)，它包含次用戶的信息信號(hào)和人工噪聲信號(hào)。在第二階段，中繼轉(zhuǎn)發(fā)接收信號(hào)，主用戶接收機(jī)將兩個(gè)階段的接收信號(hào)以最大比合并，消除次用戶的信息信號(hào)和人工噪聲信號(hào)，恢復(fù)主用戶的信息信號(hào)；次用戶接收機(jī)也將兩個(gè)階段的接收信號(hào)以最大比合并，消除主用戶的信息信號(hào)和人工噪聲信號(hào)，恢復(fù)次用戶的信息信號(hào)。本發(fā)明讓次用戶扮演特定干擾方的角色，可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型，在有效干擾竊聽者的同時(shí)保障主用戶和次用戶的通信可靠性，適用于不經(jīng)過數(shù)據(jù)加密的認(rèn)知中繼通信系統(tǒng)。
【IPC分類】H04W16/14, H04W52/46, H04W52/34
【公開號(hào)】CN105516997
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510882069
【發(fā)明人】陳宏濱, 趙峰, 李春海, 常怡亮, 苗彥濤, 陳泓淵
【申請(qǐng)人】桂林電子科技大學(xué)
【公開日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2015年12月6日