[发明专利]一种全双工协作加扰安全传输方法

权利要求书

1.一种基于直达路径最优用户选择的全双工协作加扰安全传输方法，其应用于多用户中继网络中，该多用户中继网络包含信源节点、中继节点以及多个目的用户节点，所有节点均为单天线，且中继节点为无源节点，其特征在于：所述目的用户节点采用全双工工作模式；所述传输方法包括第一时隙和第二时隙的传输，

在第一时隙，从所有目的用户节点中选择一个接收信噪比最大的用户节点作为合法用户节点，其他目的用户节点为窃听用户节点；

信源节点发送信息到中继节点和目的用户节点，同时合法用户节点发送干扰信号到中继节点以及窃听用户节点；

在第二时隙，中继节点采用可变增益放大转发协议将其在第一时隙接收到的信息进行放大，并将该信息转发到目的用户节点，合法用户继续发送加扰信号到窃听用户节点；

在第一时隙，基于信源节点到目的用户的链路选择一个信噪比最大的用户节点作为合法用户节点。

所述传输方法具体包括以下步骤：

步骤1、在第一时隙，从所有目的用户节点中选择一个接收信噪比最大的用户节点作为合法用户节点，其他用户节点为窃听用户节点，则合法用户节点为其中K＝{K₁,...,K_M}，表示为M个目的用户的集合，M为信宿的数量，表示信源节点与目的用户节点间的信道系数；窃听用户节点为其中，表示信源与潜在窃听者间的信道系数；

步骤2、在第一时隙，信源节点向中继节点和目的用户节点发送信息，合法用户节点发送干扰信号到中继节点以及窃听用户节点；信源的发送功率为P_s＝αP，该时隙合法用户发送干扰信号功率为其中，P为每个时隙的总发送功率，α(0＜α＜1)为第一时隙功率分配因子；

中继接收到的信号为其中，h_SR表示信源节点与中继节点间的信道系数，X_S表示发送信号，X_J表示加扰信号，h_RK表示中继节点与合法用户节点间的信道系数，n_R表示单位方差的加性白高斯噪声；

合法用户节点接收到的信号为其中，表示信源节点与合法用户节点间的信道系数，h_LI表示目的用户节点的自干扰的信道系数，表示单位方差的加性白高斯噪声；

窃听用户接收到的信号表达式为其中，表示信源节点与窃听用户节点间的信道系数，表示合法用户节点与窃听用户节点间的信道系数，为单位方差的加性白高斯噪声；

步骤3、在第二时隙，中继节点采用放大转发协议转发第一时隙接收到的信息到目的用户节点，合法用户继续发送加扰信号到窃听用户节点；其中，中继节点发送功率P_R＝βP，第二时隙合法用户发送干扰信号的功率为β(0＜β＜1)为第二时隙功率分配因子中继节点的发送信号表示为X_R＝β_fy_R，其中，β_f为中继的放大转发因子；

中继的放大转发因子P_R为中继节点发送功率，表示为P_R＝βP；

合法用户接收到的信号为：

h_RK表示中继节点与合法用户节点间的信道系数；为单位方差的加性白高斯噪声；

窃听用户接收到的信号表达式为

其中，X_R表示中继节点的发送信号，表示单位方差的加性白高斯噪声；

窃听用户接收到的信号表达式变为

信源节点和中继节点通过正交信道传输信号到目的用户节点，由此可知目的用户节点可采用最大比合并技术来接收两路的信号，合法用户的信噪比表示为

在中高的发送信噪比下，上式近似为

窃听用户的信噪比表示为

系统的瞬时安全容量表示为C_S＝[C_B-C_ε]⁺，其中[a]⁺表示max(a,0)；

将各个系数代入系统瞬时安全容量的表达式可得：

其中：

γ_SR＝|h_SR|²表示信源节点到中继节点的信道功率增益，表示信源节点到合法用户节点的信道功率增益，表示信源节点到窃听用户节点的信道功率增益，γ_RK＝|h_RK|²表示中继节点到目的用户节点的信道功率增益，表示合法用户节点到窃听用户节点的信道功率增益。