[发明专利]无线通信系统中联合中继和干扰选择方案的性能分析方法

权利要求书

1.一种无线通信系统中联合中继和干扰选择方案的性能分析方法，其特征是在Nakagami-m衰落信道中，当发送者和合法接收者之间无直传链路、且发送者和窃听者之间有直传链路时，采用联合中继和干扰选择方案在协助保密信息传输的同时，发送人工干扰以抵抗窃听者的攻击，并通过分析无线通信网络的性能，包括中断概率、截获概率和安全性-可靠性折中，选择综合性能最优的联合中继和干扰选择方案来传输信息和抵抗窃听攻击；

无线通信系统包括一个信息发送者S，一个合法接收者D，N个译码转发中继节点R，以及1个被动窃听者E，所有节点均只配备一根天线，且均工作于半双工模式，N个中继节点R之间的距离远小于每个中继分别到S、D、E的距离，采用联合单中继和干扰选择、联合多中继和干扰选择两种方案，保密信息的传输分两个时隙完成，时隙一为发送者S以功率P/2发送保密信息x_s，E[|x_s|²]＝1，P是无线通信系统总功率，时隙二为采用联合中继和干扰选择方案进行中继转发以及干扰窃听，协助信息转发的中继采用单中继或多中继两种中继选择方法，将能够正确解码x_s的所有中继集合记为共有2^N种可能，记为其中表示所有中继均无法正确解码x_s，表示第n个可以正确解码x_s的非空集合，进行综合性能分析前，首先获得各个信道的容量，再计算中断概率、截获概率、可靠性-安全性折中，分析两种方案的性能；

其中，时隙二采用联合单中继和干扰选择方案时，从中选择一个最佳中继R_i以功率P/2转发解码后的x_s至D，同时其余(N-1)个中继节点作为干扰节点J_m，以功率P/4发送人工噪声人工噪声向量记为||x_J||₂＝1，此时D端接收信号为其中h_id是R_i和D间的信道衰落系数，是J_m和D间的信道衰落系数，该信道衰落系数的向量记为n_d是D处的复值加性高斯白噪声，x_J设计在h_Jd的零空间，即h_Jd^Tx_J＝0，D端接收信号简写为则R_i和D的信道容量为计算得到信道容量，用于中断概率、截获概率的计算；

最佳中继R_i的选择方法为：在中选择一个中继作为“最佳”中继，该“最佳”中继需满足条件此时主信道状态信息|h_id|²是影响“最佳”中继选择的唯一条件，通过信道估计的方法获得；选定“最佳”中继后，该中继R_b与D间的信道容量为选定R_b协助保密信息发送的过程中，存在一个被动窃听者E试图窃听保密信息，故E处的接收信号为h_be是R_b和E间的信道衰落系数，是J_m与E间的信道衰落系数，n_e是E处的复值加性高斯白噪声，则R_b与E间的信道容量若该信道容量大于数据传输速率R_d，窃听者则会窃听到保密信息，所计算得到信道容量用于中断概率、截获概率的计算；

采用中断概率OP、截获概率IP、安全性-可靠性折中SRT描述系统性能，三者分别定义为P_out＝Pr(C_d＜R_d)、P_int＝Pr(C_e＞R_d)、SRT＝(1-P_out)·(1-P_int)，当所有中继都无法正确解码或合法接收者D处信道容量C_d小于数据传输速率R_d时，数据传输将中断；当窃听者E处信道容量C_e大于数据传输速率R_d时，保密信息可能会被窃听；在此前提下进行两种方案的性能分析对比：

1)联合单中继和干扰选择方案：

中断概率

截获概率

2)联合多中继和干扰选择方案：

中断概率

截获概率