[发明专利]一种全双工机会式中继的协议自适应切换安全传输方法

摘要

本发明公开的一种全双工机会式中继的协议自适应切换安全传输方法，该方法在包括信源、中继、信宿和窃听者四个节点的系统中应用；方法先通过信源向中继传输信息，中继通过选择一根能够最大化信宿接收信噪比的天线进行传输，并利用剩余天线进行最大比合并接收信源信息，在该过程中，假定中继能够获知信宿和窃听者的信道状态信息，并利用该信息评估系统的平均安全速率，在放大转发协议和解码转发协议两个协议中选择最佳的中继协议进行传输。本发明以系统安全速率为比较条件，自主切换两种主要协议，可以自适应地根据场景选择最佳中继协议以提高系统的评价安全速率和性能。

主权项

1.一种全双工机会式中继的协议自适应切换安全传输方法，其特征在于，该方法在包括信源、中继、信宿和窃听者四个节点的系统中应用，且系统信息传输在一个时隙内完成，其中中继配置了N根天线和，其余节点均配置单天线，中继至信宿的信道向量记为方法包括以下步骤：步骤1，中继向信宿发送导频信息至信宿，信宿估计出中继至信宿的信道状态信息h₂后，将此信道状态信息反馈至中继，中继根据此信道状态信息将N根天线区分成两组，一组为一根最优的发送天线，该天线能够使得中继至信宿的信道增益最大化，即另一组为其余N‑1根接收天线；然后信源再向中继广播保密信息，同时中继利用N‑1根接收天线接收信息，并采用最大比合并信源信息，中继的接收信号表示为：其中，P_S和P_R分别为信源和中继的信号发送功率，h₁为信源到中继的N‑1根接收天线的信道向量，为采用最大比合并的合并向量，x表示保密信号，h_RR为中继接收的自干扰信道向量，为自干扰信号，n_R为中继接收的1×(N‑1)维的加性高斯白噪声向量，||·||表示对向量求2‑范数，上标表示求共轭转置；接着中继利用上述最优的发送天线转发所接收到的保密信息；步骤2，信宿和窃听者对步骤1的中继转发的保密信息进行接收，在中继向信宿和窃听者进行信息转发过程中，当中继采用放大转发协议时，对信宿和窃听者的接收信号分别进行处理，且将信宿和窃听者的接收信号分别表示为：其中，β(0<β<1)为放大转发因子，并满足：式中，h₃为中继任意一根天线到窃听者的信道参数，n_D和n_E分别表示信宿和窃听者接收的加性高斯白噪声，n_D和n_E的方差分别为和E[·]表示求数学期望；步骤3，当中继采用解码转发协议时，对信宿和窃听者的接收信号进行处理，且将信宿和窃听者的接收信号分别表示为：步骤4，计算在中继采用放大转发协议时信宿和窃听者瞬时接收信噪比，且将信宿和窃听者的瞬时接收信噪比分别表示为：步骤5，计算在中继采用解码转发协议时信宿和窃听者瞬时接收信噪比，且将信宿和窃听者的瞬时接收信噪比分别表示为：步骤6，依照下式分别计算当中继采用放大转发协议时和采用解码转发协议时的系统瞬时安全速率：C_S＝max{C_D‑C_E,0}其中，当中继采用放大转发协议时，有当中继采用解码转发协议时，有然后，对系统瞬时安全速率C_S求数学期望，即求系统平均安全速率：将中继采用放大转发协议和解码转发协议的系统平均安全速率分别记为和步骤7，中继根据信道参数和h₃，依据步骤6得出的平均安全速率进行安全性能评估：假定信宿和窃听者的接收噪声功率一定，当时，表明放大转发协议在该情况下优于解码转发协议，中继采用放大转发协议进行转发信源信息；当时，中继采用解码转发协议。