[发明专利]物理层安全约束下协同OFDMA系统功率控制方法

权利要求书

1.一种物理层安全约束下协同OFDMA系统功率控制方法，包括如下步骤：

（1）每个用户节点依次向所有中继节点和基站d发送探测信号，基站d接收到该探测信号后进行译码，当译码正确时，执行步骤（2），反之，执行步骤（5）；

（2）基站d向用户节点s_m和所有中继节点发送确认信息“1”，并向用户节点s_m发送s_m到基站d的信道状态信息CSI，用户节点s_m在接收到确认信息后，加入直传用户节点集

（3）对上述已选定直传模式的直传用户节点，设计直传效用函数

其中，是用户节点s_m可用的子载波中的奇数集，为用户节点s_m到基站d的归一化信道增益，σ²为高斯白噪声的功率谱密度，为子载波n上用户节点s_m与基站d之间的信道状态信息，为用户节点s_m在子载波n上的发送功率，α_m为用户节点s_m的代价因子，且α_m≥10^-2；

（4）令迭代次数t＝1，根据上述直传效用函数迭代计算每个子载波上的发送功率：

（4a）初始化当前子载波n＝1，设置剩余功率值为其中为用户节点s_m的最大发射功率；

（4b）用户节点s_m通过求解得到当前子载波n上应分配的功率值并根据值的范围为子载波分配功率值：当时，将作为子载波n上分配的功率值；否则，将作为子载波n上分配的功率值，并将n之后的子载波上功率值设为0，跳转步骤（4d）；

（4c）判断当前分配的功率值是否分配至最后一个子载波，若已经分配至最后一个子载波则结束功率分配过程，否则更新剩余功率值为和功率约束范围为令n＝n+1，返回步骤（4b），开始下一个子载波的分配；

（4d）判断此轮迭代中，用户子载波的功率值与上一次迭代获得的功率值之差的2-范数是否小于预先设定的门限ε，ε≤10^-2，如果2-范数小于ε，循环结束，求得的发送功率即为各用户节点的最优发送功率值；反之，令t＝t+1返回步骤（4a）进入下一次迭代更新过程；

（5）基站d向用户节点s_m和所有中继节点发送确认信息“0”，中继节点r_k收到确认信息后，若能正确译码步骤（1）中收到的探测信号则向用户节点s_m发送用户节点s_m与中继节点r_k的信道状态信息，若不能正确译码则不发送信道状态信息;

（6）用户节点s_m在收到确认信息后，通过计算中继信息量H_a,km选择一个中继节点作为用户节点s_m的协同节点进行协同信息传输，并加入协同用户节点集C；

（7）对选定协同模式的用户节点s_m∈C，设计协同效用函数

其中，为用户节点s_m可用的子载波集合，与分别是中的奇数集与偶数集，为用户节点s_m到中继节点r_k的归一化信道增益，为中继节点r_k到基站d的归一化信道增益，与分别为子载波n上中继节点r_k与基站d之间的信道状态信息和信道增益，σ²为高斯白噪声的功率谱密度，P_r为中继节点的发射功率，为用户节点s_m在子载波n上的发送功率，β_m为用户节点s_m的代价因子，且β_m≥10^-2；

（8）初始化迭代次数t＝1，根据协同效用函数迭代计算每个子载波上的发送功率：

（8a）初始化当前子载波n＝1，设置剩余功率值为其中为用户节点s_m的最大发射功率；

（8b）用户节点s_m通过求解得到当前子载波n上应分配的功率值并根据值的范围为子载波分配功率值：当时，将作为子载波n上分配的功率值；否则，将作为子载波n上分配的功率值，并将n之后的子载波上功率值设为0，跳转（8d）；

（8c）判断当前分配的功率值是否分配至最后一个子载波，若已经分配至最后一个子载波则结束功率分配过程，否则更新剩余功率值为与功率约束范围令n＝n+1，返回步骤（8b），开始下一个子载波的分配；

（8d）判断此轮迭代中，用户子载波的功率值与上一次迭代获得的功率值之差的2-范数是否小于预先设定的门限ε，ε≤10^-2，如果2-范数小于ε，循环结束，求得的发送功率即为各用户节点的最优发送功率值；反之，令t＝t+1返回步骤（8a）进入下一次迭代更新过程。

2.根据权利要求1所述的基于物理层安全约束下协同OFDMA系统功率控制方法，其中所述步骤（6）所述的通过计算中继信息量H_a,km选择一个中继节点作为用户节点s_m的协同节点进行协同信息传输，按如下步骤进行：

首先，由用户节点s_m计算中继信息量：其中是用户节点s_m可用的子载波中的奇数集，为用户节点s_m与能正确译码的中继节点之间的信道状态信息；

然后，从计算出的中继信息量H_a,km选出最大值，并将最大值对应的中继节点r_k作为用户节点s_m的协同节点进行协同信息传输。