[发明专利]一种关于设备间通信的安全资源分配与功率控制方法

摘要

本发明公开了一种关于设备间通信的安全资源分配与功率控制方法，为D2D用户分配合适的下行用户资源，并控制下行用户以及D2D用户的发送功率，在保证下行用户通信质量与信息安全不降低的同时，最大化D2D用户的本地频带效率；本发明方法更加全面地考虑了基站对D2D用户的干扰、D2D用户下行用户链路的干扰以及D2D用户可能窃听下行用户信息的安全威胁，充分利用所有D2D用户、下行用户的位置分集特点，联合优化对D2D用户的频段分配及它们与下行用户的发送功率；采用本发明方法中计算出频段分配、功率控制结果可最大程度的提升系统本地频带利用效率，且保证所有上行用户的通信信息的安全性与有效性不会受到D2D用户复用的威胁。

主权项

1.一种关于设备间通信的安全资源分配与功率控制方法，其特征在于：为D2D用户分配合适的下行用户资源，并控制下行用户以及D2D用户的发送功率，在保证下行用户通信质量与信息安全不降低的同时，最大化D2D用户的本地频带效率；该方法包括如下步骤：(1)在一个单小区网络中，共存在N个下行用户和D对D2D用户，每对D2D用户包括一个D2D发射机和一个D2D接收机；每个下行用户占用系统总频段资源的1/N且频段资源之间相互正交，所有下行用户均与基站保持稳定的安全通信链路，规定第n个下行用户的最大发送功率为规定第n个下行用户的安全通信速率始终保持为R_n；为了提升频带利用率并有利于运营商针对每对D2D用户占用资源的情况合理收费，规定：第d对D2D用户的最大发送功率总和为每对D2D用户可以复用任意多个下行用户，但是每个下行用户只能被一对D2D用户复用；将第d对D2D用户是否占用第n个下行用户频段的指标变量表示为x_d,n：若x_d,n＝1则表示第n个下行用户频段被第d对D2D用户占用，若x_d,n＝0则表示第n个下行用户频段没有被第d对D2D用户占用；(2)在TDD系统中，为了使基站获得完整的信道信息以实现最优安全资源分配：基站可以利用信道互易性，通过估计所有下行用户到基站的上行信道系数以及所有D2D用户接收机到基站的上行信道系数的方式，间接地获得如下信息：①基站至第n个下行用户的下行信道系数g_n，②第d对D2D用户占用第n个下行用户频段时，基站至该D2D用户接收机的干扰信道系数③第d对D2D用户占用第n个下行用户频段时，该D2D用户接收机与该D2D用户发射机之间在整个系统频段上的信道系数g_d,n；同时，所有下行用户也可以利用信道互易性，通过信道估计的方式获得如下信息：④第d对D2D用户占用第n个下行用户频段时，该D2D用户发射机到该下行用户的干扰信道系数获得的四类信息分别通过D2D用户与基站之间的控制信道和下行用户反馈给基站；(3)基站根据步骤(2)所获得的四类信息，按照最大化所有D2D用户的本地频带效率的同时保持第n个下行用户的安全通行速率为Rn的准则，在所有D2D用户之间合理分配下行用户资源，优化第d对D2D用户占用第n个下行用户频段时D2D用户发射机的发送功率为pd,n，优化第n个下行用户的发送功率为pn；(4)根据步骤(3)中的准则，根据设备间通信安全复用下行物理层资源与功率控制算法进行如下优化计算：①优化指标变量x_d,n，得出最优指标变量②优化第d个D2D用户占用第n个下行用户频段时D2D用户发射机的发送功率p_d,n，得出最优发送功率③优化第n个下行用户的发送功率p_n，得出最优发送功率基站通过控制信道将最优指标变量和最优发送功率传递给第d对D2D用户，同时基站将向第n个下行用户的发送功率提升至以对抗来自于D2D用户的干扰以维持安全通行速率为R_n；设备间通信安全复用下行物理层资源与功率控制算法具体为：记表示可以安全地被第d对D2D用户复用的下行用户集合，表示可以安全复用第n个下行用户的D2D用户集合，表示集合中元素的个数，表示集合中元素的个数；该方法是采用迭代的方式从三种具有代表性的功率值中分别选取一个值，以使得目标函数最大的，这三种功率值分别为：①第d对D2D用户在集合中平均功率，即②p_d,n的可行域边界，即③第d对D2D用户取得本地频带效率最大值时的极值点，即具体包括如下步骤：步骤一：初始化，为每一对D2D用户在集合上实施简单的功率控制，即：步骤二：循环从n＝1开始执行下列步骤直至n＝N：若则同时令若则其中：步骤三：根据以上步骤输出的最优指标变量和最优发送功率计算最优发送功率结束(5)根据步骤(4)的结果，第d对D2D用户以最优发送功率发送本地信息，而基站则按照最优发送功率与第n个下行用户保持安全通信。