[发明专利]一种非可信中继网络中全双工加扰传输方法

摘要

本发明公开了一种非可信中继网络中全双工加扰传输方法，应用在包括信源、中继和目的端三个节点的无线通信系统中，所述中继为非可信中继；方法包括：第一时隙中，信源发送信息给中继和目的端，目的端接收信源信息同时向中继发送干扰信号；第二时隙中，中继采用放大转发协议将第一时隙内接收的信号放大后转发至目的端；目的端根据估计得到的信道信息进行自干扰消除，并将第一时隙和第二时隙接收到的信息进行最大比合并；根据中继在第一时隙内的接收信噪比和目的端在两个时隙内的接收信噪比计算出系统的瞬时安全容量。本发明方法既能使信源高效地发送信息到目的端，又能使目的端有效地干扰中继节点接收有用信息，从而让系统的安全容量最大化。

主权项

1.一种非可信中继网络中全双工加扰传输方法，应用在包括信源、中继和目的端三个节点的无线通信系统中，其特征在于，所述中继为非可信中继；所述目的端配置两根天线且工作于全双工模式下，并且收发天线固定，其余节点均配置单根天线，所述无线通信系统信息的传输过程分为两个时隙完成，所述全双工加扰传输方法包括：第一时隙中，信源发送信息给中继和目的端，目的端接收信源信息同时向中继发送干扰信号；第二时隙中，中继采用放大转发协议将第一时隙内接收的信号放大后转发至目的端；目的端根据估计得到的信道信息进行自干扰消除，并将第一时隙和第二时隙接收到的信息进行最大比合并；所述两个时隙的每个时隙总功率为P,信源发送信息的功率为PS＝αP，目的端发送干扰信号的功率为PD＝(1‑α)P，其中α∈(0,1)为功率分配因子，中继发送功率为PR＝P；所述第一时隙中，信源发送信息给中继和目的端，目的端接收信源信息同时向中继发送干扰信号，包括获得中继和目的端在第一时隙内的接收信噪比，如下：信源S将信息广播至中继R和目的端D，与此同时，目的端发送人工噪声信号到中继节点来防止中继窃听；中继接收信号的表达式为其中h_SR为信源至中继的信道参数，h_DR为目的端至中继的信道参数，x_S为单位方差信源信号，x_D为单位方差目的端人工噪声信号，n_R表示中继的方差为σ²的加性白高斯噪声；同时，目的端在第一时隙内接收信号的表达式可表示为h_SD为直达路径信源到目的端的信道参数，h_LI为目的端收发天线间的自干扰信道参数，n_D1表示目的端的方差为σ²的加性白高斯噪声；在第一时隙中，根据上述表达式，求得中继和目的端在第一时隙内的接收信噪比表达式分别为：其中γ_SR＝ρ|h_SR|²，γ_RD＝ρ|h_RD|²，γ_SD＝ρ|h_SD|²，γ_LI＝ρ|h_LI|²，ρ＝P/N₀为系统发送信噪比，h_RD表示中继与目的端之间的信道参数，由于信道互易性，h_DR＝h_RD；所述第二时隙中，中继采用放大转发协议将第一时隙内接收的信号放大后转发至目的端，包括获得目的端在第二时隙中的接收信噪比，如下：在第二时隙中，中继采用放大转发协议将信源信息进行转发，目的端接收信号表示为其中n_D2表示目的端的方差为σ²的加性白高斯噪声，中继发送的信号x_R表示为x_R＝βy_R；其中β是放大转发中继节点的功率放大因子，表示为β²＝1/(P_S|h_SR|²+P_D|h_DR|²+σ²)；由y_R的表达式得到由上可得在第二时隙中，目的端的接收信噪比为所述目的端根据估计得到的信道信息进行自干扰消除，并将第一时隙和第二时隙接收到的信息进行最大比合并，包括获得目的端D的接收信噪比γD：信源S和中继R通过正交信道传输信息到目的端D，故目的端D采用最大比合并技术接收两路信号；可得目的端D的接收信噪比γD可以表示为：在中高信噪比区域，上式可进一步近似为：根据中继在第一时隙内的接收信噪比和目的端在两个时隙内的接收信噪比计算出系统的瞬时安全容量，如下：窃听信道的信道容量表示为合法信道的信道容量表示为则系统的瞬时安全容量可以表示为其中[x]⁺＝max{0,x}；将中继的接收信噪比γR和目的端的接收信噪比γD代入上式，得到系统的瞬时安全容量为：