[发明专利]一种全双工中继系统的人工噪声预编码安全传输方法

权利要求书

1.一种全双工中继系统的人工噪声预编码安全传输方法，应用在包括信源、中继、信宿和窃听者四个节点的无线通信系统中，其特征在于，所述信源、中继和信宿均配置若干根天线，方法包括：

步骤a，信源采用人工噪声预编码方案同时广播有用信号和人工噪声信号；

步骤b，中继对信源广播的信号和中继处自干扰进行接收，窃听者对信源广播的信号和中继发射的重编码信号进行接收；

步骤c，中继节点采用自干扰消除技术来减小自干扰带来的影响；

步骤d，信宿采用最大比合并策略接收中继重编码后的发射信号；

步骤e，获取信源到中继链路及中继到信宿链路的信干噪比，并计算出信宿和窃听者处的接收信干噪比；

步骤f，根据信宿和窃听者处的接收信干噪比获取所述系统的瞬时安全速率，并计算出平均安全速率；

步骤a中，信源采用人工噪声预编码方案广播的信号表示为：

x_s[i]＝w₁x[i]+W₂v

其中，x[i]表示第i个时隙的合法信号，满足表示求数学期望符号，α表示功率分配因子，0＜α＜1，P_s表示信源发送功率；v表示人工噪声向量，中的每一个元素都服从独立同分布的均值为零方差为的复高斯分布，功率在N_s-1个人工噪声元素间均匀分配，有w₁表示波束形成向量，h_SR为1×N_s维向量，表示信源到中继信道参数向量，N_s表示信源端天线数，||h_SR||表示对向量求2-范数；W₂是信道参数h_SR零空间的正交基矩阵，W₂＝null(h_SR)，C为复数集合符号，表示(N_S-1)×1维复数向量，表示N_S×(N_S-1)维复数向量；

步骤b中，中继接收的信号表示为：

y_R[i]＝h_SRx_S[i]+f_RRt[i]+n_R[i]

＝||h_SR||x[i]+f_RRt[i]+n_R[i]

窃听者接收的信号表示为：

y_E[i]＝g_SEx_s[i]+g_REt[i]+n_E[i]

＝g_SEw₁x[i]+g_SEW₂v+g_REt[i]+n_E[i]

其中，t[i]表示中继重编码后的发送信号，满足P_R表示中继的发送功率；f_RR表示中继处的自干扰信道参数；g_SE为1×N_s维向量，表示信源到窃听节点的信道参数向量；g_RE为中继到窃听节点的信道参数；n_R[i]和n_E[i]分别表示中继和窃听节点处的零均值单位方差加性白高斯噪声；上标H表示共轭转置；

步骤c中，不完全自干扰消除后中继的接收信号表示：

其中，建模为不完全的自干扰消除信道，是一个衡量自干扰消除程度的关键指标，其服从均值为1/K的指数分布，K表示自干扰消除程度因子；中继工作在解码转发模式下，其转发信号可以表示为：τ表示中继在解码处理接收信号时产生的延时；

步骤d中，信宿接收的信号表示为：

其中，h_RD为N_D×1维向量，表示中继到信宿的信道参数向量；n_D[i]代表信宿处的零均值单位方差加性白高斯噪声；N_D表示信宿端天线数；

步骤e中，信源到中继链路的信干噪比表示为：

中继到信宿链路的信干噪比表示为：

γ_RD＝P_R||h_RD||²

中继节点采用固定解码转发协议，信宿的接收信干噪比表示为：

γ_D＝min{γ_SR，γ_RD}

窃听者处的接收信干噪比表示为：

其中，γ₂＝||g_SEW₂||²、γ₃＝|g_RE|²、

步骤f中，系统的瞬时安全速率表示为：

C_s＝max{C_D-C_E，0}

其中，C_D＝log₂(1+γ_D)，C_E＝log₂(1+γ_E)；

对C_s求数学期望获为平均安全速率，表示为：