面向物理層安全的自適應(yīng)聯(lián)合波束和干擾成型的傳輸方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種面向物理層安全的自適應(yīng)聯(lián)合波束和干擾成型的傳輸方法。該方法主要包括三個(gè)階段：中繼分類(lèi)，信源廣播，中繼轉(zhuǎn)發(fā)。在信息傳輸前，通過(guò)RTS/CTS機(jī)制，獲得所有的信道信息及確定中繼是否適合參與譯碼轉(zhuǎn)發(fā)，中繼端的CCN(central control node)求解功率約束下的最優(yōu)權(quán)系數(shù)矢量。在信源廣播階段，在信源發(fā)送信息的同時(shí)，那些分類(lèi)階段出現(xiàn)譯碼錯(cuò)誤的中繼將發(fā)送一個(gè)目的端已知的取自高斯空間的噪聲樣本。在中繼轉(zhuǎn)發(fā)階段，那些正確譯碼的中繼將作為信息傳輸?shù)拿浇?，譯碼轉(zhuǎn)發(fā)源加權(quán)的信號(hào)。與此同時(shí)，干擾集合里的中繼轉(zhuǎn)發(fā)一個(gè)加權(quán)的干擾信號(hào)。另外，竊聽(tīng)者只是未經(jīng)過(guò)系統(tǒng)鑒權(quán)的用戶(hù)，所以能反饋其信道信息。本發(fā)明主要選取能正確解碼的中繼參與信息譯碼轉(zhuǎn)發(fā)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
面向物理層安全的自適應(yīng)聯(lián)合波束和干擾成型的傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
[0001] 本發(fā)明設(shè)及移動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域中的中繼協(xié)作傳輸，特別設(shè)及一種面向物理層安全 的自適應(yīng)聯(lián)合波束和干擾成型的傳輸方法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 隨著現(xiàn)代社會(huì)信息技術(shù)的蓬勃興起，對(duì)于信息傳輸質(zhì)量的需求越來(lái)越高。眾所周 知，通信質(zhì)量主要從有效性、可靠性方面進(jìn)行衡量。除此之外，安全性也是一種重要的衡量 手段。安全性是面對(duì)人為破壞和威脅的情況下，系統(tǒng)的抗干擾能力的表征。近幾十年來(lái)，伴 隨著蜂窩網(wǎng)絡(luò)、Wifi網(wǎng)絡(luò)、認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)等網(wǎng)絡(luò)的飛躍式發(fā)展，相對(duì)于有線網(wǎng)絡(luò)而言，無(wú) 線通信由于廣播性和開(kāi)放性使其更容易遭受安全的威脅，因而實(shí)現(xiàn)安全的無(wú)線傳輸技術(shù)迫 在眉睫?，F(xiàn)行的無(wú)線通信系統(tǒng)的安全機(jī)制主要基于OSI參考模型的網(wǎng)絡(luò)層及其W上各層的 安全協(xié)議和加密算法實(shí)現(xiàn)，并且假設(shè)物理層提供楊通并且無(wú)差錯(cuò)傳輸。然而在實(shí)際應(yīng)用中， 譯碼設(shè)備的快速發(fā)展，運(yùn)種傳統(tǒng)的加密技術(shù)正在遭遇前所未有的挑戰(zhàn)。因此，如何利用無(wú)線 信道的陰影衰落、路徑損耗、多徑等內(nèi)在特性，實(shí)現(xiàn)物理層意義上信息的可靠傳輸受到大家 的廣泛關(guān)注。
[0003] 協(xié)作中繼技術(shù)由于其能夠利用其他中繼節(jié)點(diǎn)的天線能提供像多天線系統(tǒng)的空域 自由度，而被廣泛的應(yīng)用到無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中。協(xié)作中繼系統(tǒng)具有無(wú)線通信所有屬性，并且具 有自身的特點(diǎn)，使得通信范圍更加廣闊，而且中繼分布比多天線系統(tǒng)更多變。目前，協(xié)作中 繼技術(shù)已成為第四代移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)之一，在蜂窩網(wǎng)內(nèi)得到了具體應(yīng)用，其可W實(shí)現(xiàn)擴(kuò) 展小區(qū)覆蓋，完成盲區(qū)覆蓋，提升系統(tǒng)吞吐量，而且可W實(shí)現(xiàn)臨時(shí)與應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)部署等應(yīng)用目 標(biāo)。從3GPP的Releases開(kāi)始，在LTE-Advanced系統(tǒng)中使用協(xié)作分集技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)陰影區(qū)域 通信的完全覆蓋。
[0004] 考慮到協(xié)作中繼技術(shù)的優(yōu)越性，因而逐漸被運(yùn)用到安全領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)信息的保密傳 輸。當(dāng)前的中繼協(xié)作安全大致可分為=類(lèi):協(xié)作波束形成、協(xié)作干擾、混合的協(xié)作波束形成 和干擾。在=種方案中，混合的協(xié)作波束和干擾方案在保密傳輸方面顯示了優(yōu)越性。在中繼 端利用波束形成器，盡量使信息對(duì)準(zhǔn)目的端，與此同時(shí)，中繼也可W利用干擾信號(hào)，使得竊 聽(tīng)信道大大地惡化，提升整體的保密性能。從公開(kāi)的文獻(xiàn)來(lái)看，主要從=種協(xié)作策略解決中 繼系統(tǒng)中的安全傳輸問(wèn)題，然而大部分現(xiàn)有工作均假定中繼能夠進(jìn)行無(wú)誤地譯碼，而運(yùn)種 假定是有局限性的，只有在信道條件極其好的時(shí)候才適用。針對(duì)W上問(wèn)題，我們對(duì)協(xié)作中繼 系統(tǒng)物理層安全問(wèn)題進(jìn)行展開(kāi)深入的研究，提出更符合實(shí)際傳輸場(chǎng)景的新的混合的協(xié)作波 束與干擾的安全傳輸方法。

【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0005] 本發(fā)明的目的在于克服DF中繼網(wǎng)絡(luò)下的現(xiàn)有物理層安全傳輸方法的缺陷，提供了 一種面向物理層安全的自適應(yīng)聯(lián)合波束和干擾成型的傳輸方法，與傳統(tǒng)傳輸方式相比，該 方法可W有效的提高傳輸?shù)谋Ｃ苄阅堋?br>[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過(guò)如下的技術(shù)方案予W實(shí)現(xiàn)：
[0007] 面向物理層安全的自適應(yīng)聯(lián)合波束和干擾成型的傳輸方法，包括W下步驟：
[0008] 1)在中繼分類(lèi)階段，源節(jié)點(diǎn)首先向通信網(wǎng)絡(luò)中的中繼節(jié)點(diǎn)及目的節(jié)點(diǎn)廣播所要發(fā) 送的RTS數(shù)據(jù)包，中繼端確定其自身譯碼是否正確，自適應(yīng)地進(jìn)入信息和干擾集合，同時(shí)中 繼獲得其相關(guān)信道的信道信息；
[0009] 2)在信源廣播階段，信源向通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)廣播要發(fā)送的信號(hào)，中繼在分類(lèi)階段已經(jīng) 確定自身是否能夠正確解調(diào)出信息，在信息集合里能夠正確解調(diào)的那些中繼參與信息的譯 碼轉(zhuǎn)發(fā)，而對(duì)于那些在干擾集合里不能夠正確譯碼的中繼，將發(fā)送一個(gè)取自高斯空間的噪 聲樣本信號(hào)，由于噪聲樣本在接收端已知，所W最后接收的時(shí)候能夠完全消除；
[0010] 3)中繼轉(zhuǎn)發(fā)階段：中繼中屯、控制節(jié)點(diǎn)利用已經(jīng)獲得的信道信息，計(jì)算出最優(yōu)的波 束矢量，分配給各個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)，在轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中，信息集合轉(zhuǎn)發(fā)一個(gè)加權(quán)的信息信號(hào)的時(shí)候， 與此同時(shí)，干擾集合發(fā)送一個(gè)干擾波束，使得竊聽(tīng)端的信道進(jìn)一步惡化，提高整體傳輸?shù)谋?密性能。
[0011] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟1)中，在中繼分類(lèi)階段，待全部中繼經(jīng)過(guò)解碼后， 中繼網(wǎng)絡(luò)分為信息集合和干擾集合兩部分。干擾集合是由不能正確解碼的中繼組成，信息 集合是由能夠正確解碼的中繼組成的集。只有正確解碼的中繼才能參與后續(xù)階段信息的譯 碼轉(zhuǎn)發(fā)，否則運(yùn)些中繼將不參與后續(xù)階段信息的轉(zhuǎn)發(fā)。若該中繼網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有能夠正確解碼的 中繼，則沒(méi)有中繼參與需進(jìn)行信息的重傳。
[0012] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟1)中，利用RTS/CTS機(jī)制獲得相關(guān)信道的信道信 息，此機(jī)制通過(guò)中繼發(fā)送RTS數(shù)據(jù)包，目的端W及竊聽(tīng)端將反饋CTS數(shù)據(jù)包，其中，CTS數(shù)據(jù)包 含相關(guān)信道的信道信息。
[0013] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟3)，中繼中屯、控制節(jié)點(diǎn)在獲得相關(guān)信道的信道信 息的情況下，計(jì)算出最優(yōu)的波束矢量然后分配給信息中繼集合和干擾中繼集合的中繼，信 息中繼集合轉(zhuǎn)發(fā)有用信號(hào)，干擾集合發(fā)送干擾，降低竊聽(tīng)端的接收信噪比，提高系統(tǒng)的保密 性能。
[0014] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，竊聽(tīng)端是未經(jīng)過(guò)系統(tǒng)鑒權(quán)的未知用 戶(hù)，能夠參與相關(guān)信道信息的反饋。
[0015] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，設(shè)定通信網(wǎng)絡(luò)中包括一個(gè)信源節(jié)點(diǎn)S，一個(gè)目的節(jié)點(diǎn)D， 一個(gè)竊聽(tīng)節(jié)點(diǎn)E和N個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)；且有hsk為第k個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的前向鏈路的信道狀態(tài)信息，hkd 為第k個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)到目的端的信道狀態(tài)信息，nu為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)到第j個(gè)節(jié)點(diǎn)的接收機(jī)的復(fù)高 斯噪聲，因此，步驟2)中目的端、竊聽(tīng)端W及中繼端的接收到的信號(hào)分別如下：
[0016]
[0017]
[001 引
[0019]其中Ps是信源發(fā)送的功率，X為要發(fā)送的信息符號(hào)，并且E{ I X 12} = 1，V是取自高斯 空間的噪聲樣本，K為信息集合里面的中繼的數(shù)目，另外，nsd為目的端接收機(jī)的噪聲，nse為
[0021] 竊聽(tīng)端的接收機(jī)的噪聲，risi為第i個(gè)中繼端的噪聲；[0020] 在信源廣播階段，目的端和竊聽(tīng)端的接收信噪比進(jìn)而表示為：
[0022]
[0023] I端，竊聽(tīng)端接收到的信號(hào)如下：
[0024]
[0025]
[00%]其中，Z為要發(fā)送的干擾符號(hào)，并且滿(mǎn)足E{ Iz |2} = 1; COR為信息波束的波束矢量， WJ為干擾波束的波束矢量，另外，hrd為信息中繼集合到目的端信道，hre為信息集合到竊聽(tīng) 端的信道向量，同理，hw為干擾中繼集合到目的端信道，hje為干擾中繼集合到竊聽(tīng)端信道；
[0027] 對(duì)H術(shù)兩個(gè)階採(cǎi)講斤島十比合并島絡(luò)得哥I日的端巧竊聽(tīng)端的怒音九，
[002引
[0029]
[0030]
[0031] 在步驟3)中，在中繼總能量存在約束的情況下，最大化可達(dá)到的保密容量，其優(yōu)化 問(wèn)題為W下形式：
[0032]
[0033]
[0034] :優(yōu)化問(wèn)題如下：
[0035]
[0036]
[0037]
[00；3 引
[0039]
[0040]
[0041 ]其中，
[0042]
[0043]
[0044]
[0045]
[0046]
[0047]
[004引
[0049]
[(K)加]
[0051] 相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下技術(shù)效果：
[0052] 本發(fā)明是在DF中繼網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)可靠的安全傳輸方法，該方法采用的是根據(jù)中繼實(shí) 際解碼情況來(lái)獲得最優(yōu)波束矢量。在中繼分類(lèi)階段，中繼利用已知數(shù)據(jù)包的先驗(yàn)信息，確定 其自身是否能夠參與信息譯碼轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程。與傳統(tǒng)的中繼網(wǎng)絡(luò)能夠無(wú)誤解碼而言，更加接近 實(shí)際的工作場(chǎng)景；另外，本系統(tǒng)下，在信息和干擾波束的聯(lián)合設(shè)計(jì)下獲得最佳的權(quán)系數(shù)，使 得整體保密性能得到提升。
【附圖說(shuō)明】：
[0053] 圖1為本發(fā)明面向物理層安全的自適應(yīng)聯(lián)合波束和干擾成型的傳輸方法的流程 圖；
[0054] 圖2為本發(fā)明中整個(gè)系統(tǒng)的傳輸模型框圖；
[0055] 圖3為本發(fā)明中單發(fā)送塊的模型圖；
[0056] 圖4為仿真場(chǎng)景的模型圖；
[0057] 圖5為本發(fā)明中仿真性能圖。
【具體實(shí)施方式】：
[0058] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0059] 假設(shè)通信網(wǎng)絡(luò)中包括一個(gè)信源節(jié)點(diǎn)S，一個(gè)目的節(jié)點(diǎn)D，一個(gè)竊聽(tīng)節(jié)點(diǎn)E和N個(gè)中繼 節(jié)點(diǎn)。hsk為第k個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的前向鏈路的信道狀態(tài)信息，hkd為第k個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)到目的端的信 道狀態(tài)信息，nu為接收機(jī)的復(fù)高斯噪聲。
[0060] 參見(jiàn)圖1至圖3,本發(fā)明面向物理層安全的自適應(yīng)聯(lián)合波束和干擾成型的傳輸方 法，包括W下步驟：
[0061] 1)中繼分類(lèi)階段:在發(fā)送端首先向網(wǎng)絡(luò)中的中繼節(jié)點(diǎn)及目的節(jié)點(diǎn)、竊聽(tīng)節(jié)點(diǎn)廣播 所要發(fā)送一個(gè)RTS(request-to-send)數(shù)據(jù)包，所有的中繼估計(jì)相關(guān)信道的信道系數(shù)。在運(yùn) 個(gè)階段，中繼知道自身是否能夠正確無(wú)誤地譯碼出從源節(jié)點(diǎn)傳來(lái)的信息。如果無(wú)誤解碼，中 繼劃分到波束集合，否則就劃分到干擾集合?？紤]一種極端情況，若該中繼網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有能夠正 確解碼的中繼，則沒(méi)有由中繼參與的重新傳輸過(guò)程。另外，目的端和竊聽(tīng)端在接到RTS數(shù)據(jù) 包之后均會(huì)反饋一個(gè)CTS(clea;r-t〇-send)數(shù)據(jù)包，使得中繼知道相關(guān)信道的信息。在運(yùn)里 我們考慮的竊聽(tīng)者是系統(tǒng)內(nèi)未經(jīng)過(guò)通信許可的用戶(hù)，因此會(huì)反饋其自身的相關(guān)信道信息。 在中繼端選定一個(gè)中繼作為CCN(central con化〇1 node)來(lái)集中處理得到的信道系數(shù)，在 功率約束的情況下，分配最佳的權(quán)系數(shù)，提高系統(tǒng)的保密性能。
[0062] 2)信源廣播階段:信源向通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)廣播要發(fā)送的信號(hào)，中繼在分類(lèi)階段確定自 身是否能夠正確解調(diào)出信息，能夠正確解調(diào)的那些中繼參與信息的譯碼轉(zhuǎn)發(fā)，而對(duì)于那些 不能夠正確譯碼的中繼，在該階段將隨機(jī)發(fā)送一個(gè)取自高斯空間的噪聲樣本信號(hào)來(lái)加強(qiáng)信 息廣播過(guò)程中的安全性。
[0063] 其中，上述步驟2)中目的端，竊聽(tīng)端W及中繼端的接收到的信號(hào)如下：
[0064]
[00 化]
[0066]
[0067] 其中Ps是信源發(fā)送的功率，X為要發(fā)送的信息符號(hào)，并且E{ Ix |2} = l，v是取自高斯 空間的噪聲樣本，K為信息集合里面的中繼的數(shù)目。在信源廣播階段，目的端和竊聽(tīng)端的接 收信噪比可表示為：
[0068]
[0069]
[0070] 3)中繼轉(zhuǎn)發(fā)階段:在信息集合轉(zhuǎn)發(fā)一個(gè)加權(quán)的信息信號(hào)的時(shí)候，與此同時(shí)，干擾集 合發(fā)送一個(gè)干擾波束，盡可能地使竊聽(tīng)端的信道進(jìn)一步惡化，提高整體傳輸?shù)谋Ｃ苄阅堋?br>[0071] 其中，在中繼能量存在約束的情況下，使用信息集合里信息波束和干擾集合里的 干擾波束進(jìn)行聯(lián)合的優(yōu)化，可使得整體的保密性能得到極大程度地提升。在運(yùn)里若中繼在 中繼分類(lèi)階段能夠全部進(jìn)行正確解碼，則只進(jìn)行信息波束的優(yōu)化。
[0072] 其中，上述步驟3)中目的端，竊聽(tīng)端接收到的信號(hào)如下：
[0073]
[0074]
[0075] 其中，Z為要發(fā)送的干擾符號(hào)，并且滿(mǎn)足E{ I Z 12} = 1。CO R為信息波束的波束矢量， WJ為干擾波束的波束矢量，另外，hrd為信息中繼集合到目的端信道，hre為信息集合到竊聽(tīng) 端的信道向量，同理，hw為干擾中繼集合到目的端信道，hje為干擾中繼集合到竊聽(tīng)端信道。 對(duì)上述兩個(gè)階段進(jìn)行最大比合并(MRC)最終得到目的端和竊聽(tīng)端的容量為：
[0076]
[0077]
[007引
[0079] 在步驟3)中，在中繼總能量存在約束的情況下，最大化可達(dá)到的保密容量，其優(yōu)化 問(wèn)題為W下形式：
[0080]
[0081]
[0082] 通過(guò)轉(zhuǎn)化我們將求最大化保密容量的問(wèn)題轉(zhuǎn)化成為兩層優(yōu)化問(wèn)題，其中外部?jī)?yōu)化 是單變量的優(yōu)化，內(nèi)部的優(yōu)化問(wèn)題是經(jīng)過(guò)秩1松弛后的SDP(semi-definite programming) 問(wèn)題.。其中內(nèi)部?jī)?yōu)化問(wèn)題如下：
[0083]
[0084]
[0085]
[0086]
[0087]
[008引
[0089] *
[0090]
[0091][0092] 其中外部?jī)?yōu)化問(wèn)題如下：
[0093]
[0094]
[00M]其中最優(yōu)的波束向量可W通過(guò)外部一維的變量捜索，求解每一個(gè)SDP問(wèn)題來(lái)獲得。 在運(yùn)里通過(guò)縮小變量的范圍，來(lái)減少捜索的復(fù)雜度。在運(yùn)里T的變化范圍為：
[0096]
[0097] 仿真實(shí)驗(yàn)和效果分析
[0098] 仿真模型參數(shù)為：中繼總擲曰N = 5 .倍源的貨謀功率Ps = IW，接收機(jī)噪聲功率No = ImW Jo為中繼的總功率。信道系數(shù)
，包含路徑損耗和小尺度衰落， Ko=I，a = 2,0；'= Ui功節(jié)點(diǎn)巧Ij節(jié)點(diǎn)記間的距離。另外，為了方便起見(jiàn)，設(shè)發(fā)送塊時(shí)間長(zhǎng) 度 T = l。
[0099]根據(jù)上面的參數(shù)設(shè)置仿真了本發(fā)明提出的平均保密容量的性能曲線，并分別將傳 統(tǒng)波束成形及信息和干擾中繼隨機(jī)選擇作為比較方案，從圖5中能夠看出本發(fā)明中面向物 理層安全的自適應(yīng)聯(lián)合波束和干擾成型的傳輸方法優(yōu)于其他兩種現(xiàn)存的傳輸方法，能夠明 顯提高系統(tǒng)的安全性能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 面向物理層安全的自適應(yīng)聯(lián)合波束和干擾成型的傳輸方法，其特征在于，包括W下 步驟： 1) 在中繼分類(lèi)階段，源節(jié)點(diǎn)首先向通信網(wǎng)絡(luò)中的中繼節(jié)點(diǎn)及目的節(jié)點(diǎn)廣播所要發(fā)送的 RTS數(shù)據(jù)包，中繼節(jié)點(diǎn)確定其自身譯碼是否正確，自適應(yīng)地信息集合和干擾集合，同時(shí)中繼 獲得其相關(guān)信道的信道信息； 2) 在信源廣播階段，信源向通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)廣播要發(fā)送的信號(hào)，中繼在分類(lèi)階段確定自身 是否能夠正確解調(diào)出信息，在信息集合里能夠W很大的概率進(jìn)行無(wú)誤地解調(diào)的那些中繼將 參與信息的接收，而對(duì)于在干擾集合里那些不能夠正確譯碼的中繼，將發(fā)送一個(gè)取自高斯 空間的噪聲樣本信號(hào)，由于噪聲樣本在接收端已知，所W最后接收的時(shí)候能夠完全消除； 3) 中繼轉(zhuǎn)發(fā)階段：中繼中屯、控制節(jié)點(diǎn)利用已經(jīng)獲得的信道信息，計(jì)算出最優(yōu)的波束矢 量，在該階段分配給各個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)，在該階段中，信息集合轉(zhuǎn)發(fā)一個(gè)加權(quán)的信息信號(hào)的時(shí) 候，與此同時(shí)，干擾集合發(fā)送一個(gè)干擾波束，使得竊聽(tīng)端的信道進(jìn)一步惡化，提高整體傳輸 的保密性能。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向物理層安全的自適應(yīng)聯(lián)合波束和干擾成型的傳輸方法， 其特征在于，步驟1)中，在中繼分類(lèi)階段，待全部中繼經(jīng)過(guò)解碼后，中繼網(wǎng)絡(luò)分為信息集合 和干擾集合兩部分，干擾集合是由不能正確解碼的中繼組成，信息集合是由能夠正確解碼 的中繼組成的集合，只有正確解碼的中繼才能參與后續(xù)階段信息的譯碼轉(zhuǎn)發(fā)，否則該中繼 將不參與后續(xù)階段信息的轉(zhuǎn)發(fā)，若該中繼網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有能夠正確解碼的中繼，則沒(méi)有中繼參與， 需進(jìn)行信息重傳。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的面向物理層安全的自適應(yīng)聯(lián)合波束和干擾成型的傳輸方法， 其特征在于，步驟1)中，利用RTS/CTS機(jī)制獲得相關(guān)信道的信道信息，此機(jī)制通過(guò)中繼發(fā)送 RTS數(shù)據(jù)包，目的端W及竊聽(tīng)端將反饋CTS數(shù)據(jù)包，其中，CTS數(shù)據(jù)包含相關(guān)信道的信道信息。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的面向物理層安全的自適應(yīng)聯(lián)合波束和干擾成型的傳輸方法， 其特征在于，步驟3)，中繼中屯、控制節(jié)點(diǎn)在獲得相關(guān)信道的信道信息的情況下，計(jì)算出最優(yōu) 的波束矢量分配給信息中繼集合和干擾中繼集合的中繼，信息中繼集合轉(zhuǎn)發(fā)有用信號(hào)，干 擾集合發(fā)送與信號(hào)無(wú)關(guān)的干擾，降低竊聽(tīng)端的接收信噪比，提高系統(tǒng)的保密性能。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的面向物理層安全的自適應(yīng)聯(lián)合波束和干擾成型的傳輸方法， 其特征在于，整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，竊聽(tīng)端是未經(jīng)過(guò)系統(tǒng)鑒權(quán)的未知用戶(hù)，因此能夠參與相關(guān)信 道信息的反饋。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向物理層安全的自適應(yīng)聯(lián)合波束和干擾成型的傳輸方法， 其特征在于，設(shè)定通信網(wǎng)絡(luò)中包括一個(gè)信源節(jié)點(diǎn)S，一個(gè)目的節(jié)點(diǎn)D，一個(gè)竊聽(tīng)節(jié)點(diǎn)E和N個(gè)中 繼節(jié)點(diǎn);且有hsk為第k個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的前向鏈路的信道狀態(tài)信息，hkd為第k個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)到目的 端的信道狀態(tài)信息，nu為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)到第j個(gè)節(jié)點(diǎn)的接收機(jī)端的復(fù)高斯噪聲，因此，步驟2)中 目的端、竊聽(tīng)端W及中繼端的接收到的信號(hào)分別如下：其中Ps是信源發(fā)送的功率，X為要發(fā)送的信息符號(hào)，并且E{ I X 12} = 1，V是取自高斯空間 的噪聲樣本，K為信息集合里面的中繼的數(shù)目，另外，nsd為目的端接收機(jī)的噪聲，nse為竊聽(tīng) 端的接收機(jī)的噪聲，risi為第i個(gè)中繼端的噪聲； 在信源廣播階段，目的端和竊聽(tīng)端的接收信噪比進(jìn)而表示為：7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的面向物理層安全的自適應(yīng)聯(lián)合波束和干擾成型的傳輸方法， 其特征在于，步驟3)中目的端，竊聽(tīng)端接收到的信號(hào)如下：其中，Z為要發(fā)送的干擾符號(hào)，并且滿(mǎn)足E{ I Z 12} = 1; ω R為信息波束的波束矢量，ω J為 干擾波束的波束矢量，另外，hrd為信息中繼集合到目的端信道，hre為信息集合到竊聽(tīng)端的 信道向量，同理山d為干擾中繼集合到目的端信道山e為干擾中繼集合到竊聽(tīng)端信道； 對(duì)上述兩個(gè)階段進(jìn)行最大比合并最終得到目的端和竊聽(tīng)端的容量為：其中，N。為噪聲的功率，Hw二巧，?,6 = 4語(yǔ)，1?二氣端，％二ν!? ; 在步驟3)中，在中繼總能量存在約束的情況下，最大化可達(dá)到的保密容量，其優(yōu)化問(wèn)題 為W下形式： S. t. I IWI 12 < Pt其中八'二杉《，~;:了，口*是經(jīng)過(guò)廣播階段后中繼的剩余能量，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化內(nèi)部?jī)?yōu)化問(wèn)題如下：Tr(Z) <Wt Ζ>0，Φ>0 其中，中繼的權(quán)系數(shù)為Ι=Ζ/Φ，運(yùn)里W=wwH，Z = zzH; 其中外部?jī)?yōu)化問(wèn)題如下：s.t.Ti < τ < Tu 其中τ的變化范圍為：其4:
【文檔編號(hào)】H04B7/02GK105846868SQ201610322966
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年5月16日
【發(fā)明人】張超, 顧成敏
【申請(qǐng)人】西安交通大學(xué)