[发明专利]物理层安全约束下协同OFDMA系统功率控制方法

摘要

本发明公开了一种物理层安全约束下协同OFDMA系统功率控制方法，主要解决协同OFDMA系统中继节点安全性差问题。其实现步骤是：用户根据信道状况，选择直传或协同放大转发模式进行传输；设计相应的效用函数，通过效用函数保证用户传输信道的安全容量大于0，并引入代价机制以实现资源节省；若选择直传模式，则采用基于发送速率的效用函数进行子载波功率控制；若选择协同模式，则进一步根据信道状况选定与之协同的中继，并采用基于协同信道与窃听信道的等效信噪比之差的效用函数进行子载波功率分配。本发明通过功率控制方式，计算用户节点安全速率及发送功率的优化配置，提高了安全性，节约了发送功率，减小了计算复杂度，可用于协同OFDMA通信系统。

主权项

1.一种物理层安全约束下协同OFDMA系统功率控制方法，包括如下步骤：（1）每个用户节点依次向所有中继节点和基站d发送探测信号，基站d接收到该探测信号后进行译码，当译码正确时，执行步骤（2），反之，执行步骤（5）；（2）基站d向用户节点s_m和所有中继节点发送确认信息“1”，并向用户节点s_m发送s_m到基站d的信道状态信息CSI，用户节点s_m在接收到确认信息后，加入直传用户节点集（3）对上述已选定直传模式的直传用户节点，设计直传效用函数其中，是用户节点s_m可用的子载波中的奇数集，为用户节点s_m到基站d的归一化信道增益，σ²为高斯白噪声的功率谱密度，为子载波n上用户节点s_m与基站d之间的信道状态信息，为用户节点s_m在子载波n上的发送功率，α_m为用户节点s_m的代价因子，且α_m≥10^-2；（4）令迭代次数t＝1，根据上述直传效用函数迭代计算每个子载波上的发送功率：（4a）初始化当前子载波n＝1，设置剩余功率值为其中为用户节点s_m的最大发射功率；（4b）用户节点s_m通过求解得到当前子载波n上应分配的功率值并根据值的范围为子载波分配功率值：当时，将作为子载波n上分配的功率值；否则，将作为子载波n上分配的功率值，并将n之后的子载波上功率值设为0，跳转步骤（4d）；（4c）判断当前分配的功率值是否分配至最后一个子载波，若已经分配至最后一个子载波则结束功率分配过程，否则更新剩余功率值为和功率约束范围为令n＝n+1，返回步骤（4b），开始下一个子载波的分配；（4d）判断此轮迭代中，用户子载波的功率值与上一次迭代获得的功率值之差的2-范数是否小于预先设定的门限ε，ε≤10^-2，如果2-范数小于ε，循环结束，求得的发送功率即为各用户节点的最优发送功率值；反之，令t＝t+1返回步骤（4a）进入下一次迭代更新过程；（5）基站d向用户节点s_m和所有中继节点发送确认信息“0”，中继节点r_k收到确认信息后，若能正确译码步骤（1）中收到的探测信号则向用户节点s_m发送用户节点s_m与中继节点r_k的信道状态信息，若不能正确译码则不发送信道状态信息;（6）用户节点s_m在收到确认信息后，通过计算中继信息量H_a,km选择一个中继节点作为用户节点s_m的协同节点进行协同信息传输，并加入协同用户节点集C；（7）对选定协同模式的用户节点s_m∈C，设计协同效用函数其中，为用户节点s_m可用的子载波集合，与分别是中的奇数集与偶数集，为用户节点s_m到中继节点r_k的归一化信道增益，为中继节点r_k到基站d的归一化信道增益，与分别为子载波n上中继节点r_k与基站d之间的信道状态信息和信道增益，σ²为高斯白噪声的功率谱密度，P_r为中继节点的发射功率，为用户节点s_m在子载波n上的发送功率，β_m为用户节点s_m的代价因子，且β_m≥10^-2；（8）初始化迭代次数t＝1，根据协同效用函数迭代计算每个子载波上的发送功率：（8a）初始化当前子载波n＝1，设置剩余功率值为其中为用户节点s_m的最大发射功率；（8b）用户节点s_m通过求解得到当前子载波n上应分配的功率值并根据值的范围为子载波分配功率值：当时，将作为子载波n上分配的功率值；否则，将作为子载波n上分配的功率值，并将n之后的子载波上功率值设为0，跳转（8d）；（8c）判断当前分配的功率值是否分配至最后一个子载波，若已经分配至最后一个子载波则结束功率分配过程，否则更新剩余功率值为与功率约束范围令n＝n+1，返回步骤（8b），开始下一个子载波的分配；（8d）判断此轮迭代中，用户子载波的功率值与上一次迭代获得的功率值之差的2-范数是否小于预先设定的门限ε，ε≤10^-2，如果2-范数小于ε，循环结束，求得的发送功率即为各用户节点的最优发送功率值；反之，令t＝t+1返回步骤（8a）进入下一次迭代更新过程。