[发明专利]一种非可信中继网络中全双工加扰传输方法

说明书

本发明公开了一种非可信中继网络中全双工加扰传输方法，应用在包括信源、中继和目的端三个节点的无线通信系统中，所述中继为非可信中继；方法包括：第一时隙中，信源发送信息给中继和目的端，目的端接收信源信息同时向中继发送干扰信号；第二时隙中，中继采用放大转发协议将第一时隙内接收的信号放大后转发至目的端；目的端根据估计得到的信道信息进行自干扰消除，并将第一时隙和第二时隙接收到的信息进行最大比合并；根据中继在第一时隙内的接收信噪比和目的端在两个时隙内的接收信噪比计算出系统的瞬时安全容量。本发明方法既能使信源高效地发送信息到目的端，又能使目的端有效地干扰中继节点接收有用信息，从而让系统的安全容量最大化。

技术领域

本发明涉及无线通信和物理层安全领域，特别涉及一种非可信中继网络中全双工加扰传输方法。本发明涉及无线通信物理层安全及协作通信领域，特别涉及到一种基于协作干扰下全双工目的端加扰非可信中继的传输方法。

背景技术

随着网络技术的快速发展，越来越复杂的网络结构使得信息的安全传输更容易受到威胁。基于密钥体制的高层安全协议和加密算法等方法虽然可以在一定程度上提升信息安全性，但无法克服无线信道的广播特性和迅速提升的计算能力对信息安全产生的不利影响。物理层安全技术通过充分利用无线信道复杂的空间特性和时变特性，直接从物理层保障信息传输的安全性。

相比与传统无线通信网络，无线网络中协同中继技术的研究受到了广泛关注，协作中继通信能够扩大网络覆盖范围，并能确保更高的吞吐量和服务质量。协作中继传输方法能够改善无线通信的安全性能。协作中继网络的三节点通信模型与传统wiretap通信模型相比，主要区别是前者除了存在外部窃听节点外，还可能存在非可信中继节点的窃听。非可信中继在辅助转发信息同时也在试着窃听信源端信息，这时非可信中继就成为内部窃听者，从而导致系统无法获得正安全容量。

在衰落信道中，大多数研究者采用的中继节点为可信中继，协作中继安全传输中除了友好的中继节点外，也可能存在非可信的中继节点。然而当中继为非可信中继时，对系统的安全性能有非常大的影响。当非可信中继采用解码转发协议传输时，中继节点将比目的端接收到更准确的信息，会导致无法获得系统正安全容量。因此，非可信中继通信系统一般采用放大转发协议进行信息转发，但系统的安全容量也不会有太大的提升。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种非可信中继网络中全双工加扰传输方法，对于非可信中继而言，为了增强系统安全传输性能，本发明采用全双工目的端加扰技术，即目的端接收信息的同时加扰非可信中继。该过程分两个时隙完成，第一时隙，信源发送信息到中继和目的端，同时目的端对非可信中继发送干扰信号，防止中继窃听有用信息；第二时隙，中继将接收的信息放大转发至目的端；目的端将接收的两路信息进行最大比合并，以获得最大接收信噪比，使得全双工目的端获得最大化系统安全容量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种非可信中继网络中全双工加扰传输方法，应用在包括信源、中继和目的端三个节点的无线通信系统中，其特征在于，所述中继为非可信中继；所述目的端配置两根天线且工作于全双工模式下，并且收发天线固定，其余节点均配置单根天线，所述无线通信系统信息的传输过程分为两个时隙完成，所述全双工加扰传输方法包括：

第一时隙中，信源发送信息给中继和目的端，目的端接收信源信息同时向中继发送干扰信号；

第二时隙中，中继采用放大转发协议将第一时隙内接收的信号放大后转发至目的端；

目的端根据估计得到的信道信息进行自干扰消除，并将第一时隙和第二时隙接收到的信息进行最大比合并。

所述两个时隙的每个时隙总功率为P,信源发送信息的功率为P_S＝αP，目的端发送干扰信号的功率为P_D＝(1-α)P，其中α∈(0,1)为功率分配因子，中继发送功率为P_R＝P。