[发明专利]一种基于协作非正交多址网络的安全传输方法

权利要求书

1.一种基于协作非正交多址网络的安全传输方法，其特征在于，所述的安全传输方法包括以下步骤：

步骤一，设NOMA系统中有一个基站BS、中继、用户U1、用户U2和一个窃听者，其中用户U1和基站BS之间的距离为d_B1，用户U2和基站BS之间的距离为d_B2，d_B1d_B2；基站BS和中继之间的距离为d_BR，且d_BRd_B1d_B2；且窃听者只对用户U2的信号感兴趣；系统中的节点都配有单天线，且工作模式为半双工；系统中的噪声为白噪声，其均值为0、方差为σ²；基站BS和中继的发射功率分别为P_B和P_R；得到：

其中表示基站BS和中继之间的信道增益；表示基站BS和用户U1之间的信道增益；表示基站BS和用户U2之间的信道增益；g_BR为基站BS和中继之间的瑞利衰落系数；g_B1为基站BS和用户U1之间的瑞利衰落系数；g_B2为基站BS和用户U2之间的瑞利衰落系数；α为路径损耗指数；β为单位路径损耗；

步骤二，在第一时隙，基站BS将用户U1的信号x₁和用户U2的信号x₂复合后发送给用户U1和中继；

用户U1接收到的信号表示为：

其中，P₁为基站BS分配给信号x₁的功率，P₂为基站BS分配给信号x₂的功率；P₁＝α₁P_B，P₂＝α₂P_B；α₁和α₂分别是基站BS分配给信号x₁和信号x₂的功率分配系数，满足α₁＞α₂且α₁+α₂＝1；n₁为用户U1处的白噪声；则信号x₁在用户U1处的信号与干扰加噪声比SINR₁₁为：

中继处接收到的信号表示为：

其中，n_r为中继处的白噪声；则信号x₁和信号x₂在中继处的信号与干扰加噪声比SINR_R1和SINR_R2分别表示为：

在第一时隙，用户U2也会解调信号x₁并将其储存在本地，用户U2接收到的信号表示为：

其中，n₂为用户U2处的白噪声；则信号x₁和信号x₂在用户U2处的信号与干扰加噪声比SINR₂₁和SINR₂₂分别为：

SINR₂₂很小，忽略不计；窃听者接收到的信号表示为：

其中，n_e为窃听者处的白噪声；则信号x₂在窃听者处的信号与干扰加噪声比为：

其中，h_BE表示基站BS和窃听者之间的信道增益；

步骤三，在第二时隙，中继发送信号x₂给用户U2，基站BS发送信号x₁作为噪声；此时窃听者接收到的信号表示为：

则信号x₂在窃听者处的信号与干扰加噪声比为：

其中，h_RE表示中继和窃听者之间的信道增益；

根据最大比合并，得到信号x₂在窃听者处的速率为：

1)若用户U2在第一时隙解调信号x₂成功，则此时信号x₂在用户U2处的信号与干扰加噪声比SINR₂₂₁为：

其中，h_R2表示中继和用户U2之间的信道增益；因此信号x₂的传输速率表示为：

R₂₁＝log₂(1+min[SINR_R2，SINR₂₂₁]) (16)

则此时信号x₂的安全速率为：

R_s1＝[R₂₁-R_E]⁺ (17)

2)若用户U2在第一时隙解调信号x₂失败，则此时信号x₂在用户U2处的信号与干扰加噪声比SINR₂₂₂为：

因此信号x₂的传输速率表示为：

R₂₂＝log₂(1+min[SINR_R2，SINR₂₂₂]) (19)

则此时信号x₂的安全速率为：

R_s2＝[R₂₂-R_E]⁺ (20)

信号x₁的传输速率为：

R₁＝log₂(1+min[SINR_R1，SINR₁₁]) (21)；

步骤四，信号x₁的中断概率为：

Pr₁＝Pr(R₁＜r₁) (22)

其中，r₁是信号x₁的门限速率；

步骤五，信号x₂的安全中断概率表示为：

Pr₂＝I₁+I₂+I₃ (23)

其中，I₁＝Pr(SINR_R1＜γ₁)，表示中继解调信号x₁失败的概率；I₂＝Pr(SINR_R1＞γ₁，R_s1＜r₂)Pr(SINR₂₁＞γ₁)，表示中继解调信号x₁成功、用户U2解调信号x₁成功且R_s1＜r₂的概率；I₃＝Pr(SINR_R1＞γ₁，SINR₂₁＜γ₁，R_s2＜r₂)，表示中继解调信号x₁成功、U2解调信号x₁失败且R_s2＜r₂的概率；为信号x₁的信号与干扰加噪声比门限，r₂为信号x₂的门限速率。