[发明专利]一种单向全双工MIMO中继天线选择安全传输方法

权利要求书

1.一种单向全双工MIMO中继天线选择安全传输方法，其特征在于，全双工MIMO中继系统包括信源、中继、目的端和窃听者，所述信源、中继、目的端和窃听者均配置多天线，信息的传输在一个时隙内完成，具体包括：

获取信源的发送天线i和中继的接收天线j；其中，i＝1,..,N_S，N_S表示信源的天线数；j＝1,...,N_R，N_R表示中继的天线数；

获取中继的发送天线k；其中，k＝1,...,N_R-1；

基于所述信源的发送天线i、中继的接收天线j和中继的发送天线k，获取目的端的接收信噪比和窃听者的接收信干噪比；

基于目的端的接收信噪比和窃听者的接收信干噪比，获取所述全双工MIMO中继系统的瞬时安全容量；

所述获取信源的发送天线i和中继的接收天线j，包括：

基于已知的信源到窃听者链路及信源到中继链路的平均CSI，以最大化中继接收信干噪比为原则，设计信源的发送天线i和中继的接收天线j的选择准则，如下：

其中，h_SR,i,j表示信源到中继的信道参数；g_SE,i表示信源到窃听者的信道参数；表示对X求均值；i^*表示按照天线选择准则选择出来的信源的发送天线；j^*表示按照天线选择准则选择出来的中继的接收天线；

信源将信息广播至中继和窃听者，中继的接收信号的表达式为

其中，P_S＝αP表示信源的发送功率，P表示总功率，α为功率分配因子，且0α1；x_S[n]表示单位方差信源信号；n_R[n]表示中继上接收到的方差为σ²的加性白高斯噪声；由于中继在解码转发信息的时候会产生一定的时延，n表示当前时刻；

所述获取中继的发送天线k，包括：

设计中继的发送天线k的选择准则，如下：

其中，h_RD,k表示中继到目的端的信道参数；g_RE,k表示中继到窃听者的信道参数；k^*表示按照天线选择准则选择出来的中继的发送天线；

中继将解码后的信息转发至目的端，目的端的接收信号表达式如下：

其中，P_R＝(1-α)P表示中继的发送功率；n_D[n]表示目的端接收到的方差为σ²的加性白高斯噪声，向量阶数为N_D×1，N_D表示目的端的天线数；x_R[n+1]为中继向外广播的信号，由于中继解码转发需要时间，故目的端接收到的中继发出的信息存在延时，n+1表示时延后的下一时刻；

所述获取目的端的接收信噪比和窃听者的接收信干噪比，包括：

中继采用固定解码转发协议，目的端的接收信噪比表达式如下：

窃听者的接收信号表达式如下：

其中，x_S[n]表示单位方差信源信号；x_R[n+1]表示中继向外广播的信号，由于中继解码转发需要时间，故窃听者接收到的中继发出的信息存在延时；n_E[n]表示窃听者接收到的方差为σ²的加性白高斯噪声，向量阶数为N_E×1，N_E表示窃听者的天线数；

由于窃听者只能窃听到由信源发出的信息，中继解码转发的信息对于窃听者而言为干扰信号，则窃听者的接收信干噪比表达式如下：

所述获取所述全双工MIMO中继系统的瞬时安全容量，包括：

所述瞬时安全容量的表达式如下：

其中，合法信道的信道容量C_D＝log₂(1+γ_D)，窃听信道的信道容量C_E＝log₂(1+γ_E)；

[x]⁺＝max{0,x}。