[发明专利]一种具有全双工基站蜂窝网络的D2D隐蔽通信系统及其通信方法

说明书

本发明公开一种具有全双工基站蜂窝网络的D2D隐蔽通信系统及其通信方法，步骤为：建立具有全双工基站FD‑BS的D2D隐蔽通信模型、计算隐蔽性和吞吐量；D2D隐蔽通信模型利用全双工基站FD‑BS的空闲天线发送时变的人工噪声，在窃听者Willie的接收端引入不确定因子，实现D2D隐蔽通信；隐蔽性计算中，考虑D2D通信链路发送者DT和全双工基站FD‑BS对窃听者Willie的检测阈值具有不确定性，同时考虑窃听者Willie对相关通信链路的信道参数具有不确定性，采用平均最小错误检测概率来衡量隐蔽性；吞吐量计算中，以满足隐蔽性需求的前提下，D2D通信链路可实现的最大平均通信速率来衡量隐蔽吞吐量，在全双工基站FD‑BS的辅助下吞吐量得到有效提高。

技术领域

本发明属于无线通信技术，具体涉及一种具有全双工基站蜂窝网络的D2D隐蔽通信系统及其通信方法。

背景技术

D2D通信已经成为第五代蜂窝网络中十分重要的近距离通信技术之一。它能够实现终端节点之间的直接通信，无需通过基站的转发，能够有效提高频谱的利用效率，且其具有功率消耗小、低延迟等优点。越来越多隐私敏感信息选取D2D通信链路进行隐蔽通信，但通常D2D通信节点多为单天线、功率受限设备，易受到窃听和攻击。因而，如何实现D2D链路的隐蔽通信得到了广泛的关注。

窃听环境下，隐蔽通信能够有效利用无线信道的本质传输特性将不利的因素(多径、噪声)转化为维护传输的安全性方法，可实现对通信链路的存在性进行保密，对敌手隐藏通信过程和通信关系。近年来这一技术研究也得到关注，当窃听者对窃听信道状态信息、隐蔽信号的发送时间和窃听者接收背景噪声信息具有不确定性时，可以实现隐蔽通信。在复杂的蜂窝网络环境中，如何利用现有的新型通信技术，实现隐蔽通信，并同时通过相应的干扰管理方法，有效提高系统的隐蔽吞吐量具有重要的现实意义。

全双工设备能够在同一频谱资源上实现同时收发信息。随着干扰删除技术(天线隔离、时间删除和空间抑制等)的不断发展，全双工设备的剩余自干扰可减少为噪声级别。因此，基于D2D设备具有单天线和功率限制等难题，难以实现隐蔽通信，可借助于蜂窝网络中的其他资源实现隐蔽通信。因此，对具有全双工基站蜂窝网络的D2D隐蔽通信系统及其通信方法进行研究，并对其隐蔽性和吞吐量进行优化分析是必要与可行的。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种具有全双工基站蜂窝网络的D2D隐蔽通信系统及其通信方法。

技术方案：本发明的一种具有全双工基站蜂窝网络的D2D隐蔽通信系统,，包括全双工基站FD-BS、半双工蜂窝用户CU、半双工D2D发送者DT、半双工D2D接收者DR和半双工窃听者Willie；所述的半双工通信终端均为单天线(即半双工蜂窝用户CU、半双工D2D发送者DT、半双工D2D接收者DR和半双工窃听者Willie都采用单天线)，所述全双工基站FD-BS具有M个接收天线和N个发送天线，全双工基站FD-BS利用同一频谱资源同时发送和接收信息，其存在的剩余自干扰RSI为噪声级别；所述半双工蜂窝用户CU的上行链路和下行链路均采用正交的频谱资源，且相互之间不存在干扰；所述半双工D2D发送者DT和半双工D2D接收者DR组成D2D通信链路，且与半双工蜂窝用户CU的上行通信链路共享频谱资源；所述半双工窃听者Willie采用检测器对D2D通信链路进行监听，探测其是否进行隐蔽信号的传送；

上述系统中存在八条通信链路，包括三条期望通信链路、一条窃听链路DT-Willie和四条干扰链路；三条期望通信链路分别为蜂窝通信链路CU→BS、D2D通信链路DT→DR和人工噪声通信链路FD-BS→Willie；四条干扰链路分别为CU→Willie、CU→DR、DT→FD-BS和FD-BS→DR。

本发明还公开了一种具有全双工基站蜂窝网络的D2D隐蔽通信系统的通信方法，包括以下步骤：