[发明专利]基于QoS要求的全双工多载波安全系统的功率分配方法

说明书

基于QoS要求的全双工多载波安全系统的功率分配方法，属于无线通信技术领域。在含有窃听的全双工多载波安全系统中，以频谱共享模式为通信机制，在安全有效容量的基础上，通过跨层联合优化方法引入上层用户服务质量限制(时延QoS)，并在满足不同时延QoS限制下，完成全双工多载波安全系统的性能最优及资源利用最大的要求。因而，本发明规划了受总功率和全双工中继的环路干扰功率限制，最大化安全有效容量的优化问题，并通过拉格朗日对偶理论求得最优对偶因子，以实现最优的功率分配任务。该最优功率分配方法不但使全双工多载波安全系统满足了上层用户服务质量(时延QoS)的要求，更实现了系统安全性能的最优和物理层资源利用的高效化。

技术领域

本发明涉及一种基于QoS要求的全双工多载波安全系统的功率分配方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

随着无线通信技术的发展，其有限的频谱资源使得研究面临极大的挑战，为了提高频谱利用率、缓解频谱需求，全双工无线通信应运而生。全双工通信是指允许数据在两个方向上同时传输，它在能力上相当于两个半双工通信方式的结合。但由于全双工设备的双天线设置而造成自干扰问题，却使得全双工技术并没有得到快速的应用。但近年来，随着自干扰消除技术的有效提高，全双工通信在学术研究上及实际应用中再次取得了重大的进步。“Achieving Single Channel Full Duplex Wireless Communication”(单通道全双工无线通信研究)【Proc.ACM MobiCom,Oct.2010,pp.1-12.】一文中分别介绍了天线消除、模拟消除以及数字消除技术来解决全双工设备双天线的自干扰问题。在应用自干扰消除技术时，频谱资源可以同时在发送和接收端进行复用，使异构网络能够实现几乎瞬时重发和高吞吐量的网络操作。

同时，由于无线传输媒介的开放性使得信道易于被窃听，因此对于任何无线通信系统,通信的安全性一直是人们最为关注的问题，也是衡量通信质量的重要标准。随着无线通信的快速发展，网络通信对安全性也提出了更高的要求。而近年来，通过利用日益丰富的物理层资源来保证无线通信的安全，已然成为更多研究人员关注的热点。

在无线通信网络传输中，QoS(服务质量)在新一代无线通信网络传输中起着至关重要的作用，有效容量是研究无线传输统计QoS性能的一种有效技术。基于有效容量模型，通过跨层设计的方法将各层网络协议进行分析优化，最终实现无线资源利用的最大化。事实上，由于衰落信道具有时变性，统计时延QoS约束比确定性时延QoS约束的适用性更强。“QoS Driven Power Allocation Over Full-Duplex Wireless Links”(全双工无线链路中基于QoS要求的功率分配)【2012IEEE International Conference on Communications(ICC),pp.5286-5290,2012.】一文讨论了基于QoS要求的无线链路功率分配问题。但是，这篇文章并没有考虑如何同时保证全双工多载波系统的安全性问题。

在2014年5月28日，专利CN103826219A一种保证时延QoS要求的保密系统功率分配方法，该发明方法首次提出了安全有效容量的概念，并以安全有效容量模型为基础，同样在满足不同时延QoS限制下，提出了传统三节点保密系统的性能最优方法。而现有的文献中还没有探讨过如何在全双工多载波系统中兼顾系统安全性与时延QoS要求的方法。

发明内容

为了弥补现有的研究所存在的不足，本发明提供了一种基于QoS要求的全双工多载波安全系统的功率分配方法。本发明在保证时延QoS要求的情况下、借助安全有效容量模型，在全双工多载波安全系统中通过跨层联合优化实现了用户服务质量的需求，并且自适应地调整发射功率以减少功率浪费，使有限的物理层资源得到更高效率的利用。

本发明的技术方案如下：