[发明专利]一种基于物理层安全的无线能量采集系统中继选择方法

说明书

本发明提出了一种绿色通信，中继节点通过广播信息采集能量，并将采集的能量转化为电能供中继节点使用。本发明主要研究基于物理层安全的无线能量采集系统。该能量采集系统不同于一般的协同通信，它即可以采集能量，又能传输信息。其能量采集技术可以让系统更灵活的调动资源，提高系统的性能，还可以减少电池更换，使其绿色通信。本发明还采用基于最大系统保密容量的中继选择方法，通过最大保密容量选择最优的中继，使系统保密性能最优。

技术领域

本发明涉及一种基于物理层安全的无线能量采集系统中继选择方法，属无线通信技术领域。

背景技术

随着无线通信技术的发展，绿色通信已成为人们所研究的热点。而能量采集技术已经应用于无线传输网络，其中无线能量传输技术也开始应用于无线通信中。无线能量传输技术的应用可以让系统更灵活的调动资源，提高系统的性能。中继选择技术一直是无线通信系统中提高系统容量和质量的一项重要技术，合理的中继选择方案可以提高资源利用率，提升系统的容量和性能。现有的关于中继系统中继选择的研究大多基于一个简单的系统模型，需要预知全部信道状态信息，本发明在能量采集系统中提出基于最大系统保密容量的中继选择方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种基于物理层安全的无线能量收集中继系统的中继选择方法。

本发明的技术方案如下:

一种基于物理层安全的能量采集系统通信方法，包括以下过程：能量采集过程，广播过程和信息传输过程。能量采集过程有两个协议，功率分配协议和时间切换协议，所述方法采用了功率分配协议。广播过程是源节点S以广播的形式向周围发送信息,所有的中继节点R_k和窃听者E都能够接收到源节点的信号；信息传输过程是中继节点将接收到的来自源节点的信息以译码转发的方式发送到目的节点D，同时，窃听者E也会窃听中继节点R_k发送的信息。

所述方法提出一种基于最大端到端系统保密容量的中继选择方案，测量各节点间的状态信息，计算源节点到中继节点、中继节点到目的节点的信道容量；计算窃听信道容量最大值和最小值；计算系统保密容量并分析系统保密容量与信道系数和能量采集系数的关系；在能量采集系数为一个合适的值时，通过最大端到端保密容量，得到最优中继选择方案。

所述方法的广播过程中，在第k个中继R_k接收到的信号分别表示为：

式中，x_S是源节点S发射的信号，P是源节点S发射功率，是源节点S到第k 个中继R_k信道的系数，是第k个中继R_k发射功率，是第k个中继R_k到第 k个中继R_k信道的自干扰系数，是源节点S到第k个中继R_k信道的高斯白噪声，均值为零，方差为N₀。

所述方法的能量采集过程中，第k个中继R_k采集到的能量可以表示为其中，η是能量转换效率的系数，η∈(0,1)，β是功率分配协议的系数，β∈(0,1)，T是通信过程的总时间。

第k个中继R_k收集到的能量根据能量采集分配参数ω分为两个部分，一部分发送信息，另一部分作为解码消耗。第k个中继R_k发送信息的发射功率为

所述方法的信息传输过程中，目的节点D接收到的信号表示为：

式中，第k个中继R_k到目的节点D信道系数，n_D是第k个中继R_k到目的节点D信道的高斯白噪声，均值为零，方差为N₀。

所述方法的窃听者窃听信息时，窃听者E接收到的信号表示为：