一种物理层安全约束下不可信中继自适应传输信号的方法技术

本发明专利技术公开了一种物理层安全约束下不可信中继自适应传输信号的方法，其设备包括放中继通信系统，所述中继通信系统的信号传输方法具体包括如下步骤：系统工作模式调整为半双工方式，对于同一节点，信号的接收和发送分步进行，信息的传递被分为两个时隙；在第一时隙中，信源以广播方式向外发送目的节点和中继节点均可接受的信息，当完成第一时隙的信息接受后，中继节点对接受到的信号进行处理，等待转发，完成第一时隙；在第二时隙中，中继节点以广播方式发送其在上一个时隙中接收的信号，目的节点在完成信息接受后对这两个时隙的信号进行合并处理。

A method of adaptive transmission of untrusted relays under physical layer security constraints

The invention discloses a method of untrustworthy relay adaptive transmission signal under the physical layer security constraint. The device includes a relay communication system. The signal transmission method of the relay communication system includes the following steps: the system work mode is adjusted to a half duplex mode, and the signal is received and sent to the same node. Step by step, the transmission of information is divided into two slots; in the first slot, the source sends out the information that is acceptable to the destination node and the relay node by broadcast mode. When the information is accepted at the first time slot, the relay node handles the received signal, waiting for forwarding, completing the first time slot; at second. In the gap, the relay node sends the signal it receives in the last slot by broadcasting, and the destination node combines the signals of the two slots after the information is accepted.

【技术实现步骤摘要】
一种物理层安全约束下不可信中继自适应传输信号的方法
本专利技术涉及设备对设备直接通信技术(D2D)中数据传输方法，尤其涉及通信过程中设信道容量最大化资源分配方法。
技术介绍
与传统的中继系统不同，协作通信系统中处于安全考虑，中继节点要对来自源节点的信息进行处理之后才将他们发送到目的节点，在协作通信系统中最常用的固定中继系统为：放大转发中继、译码转发中继、压缩转发中继等。其中放大转发策略的原理为在某个时隙上中继节点接收到信源节点发送的信息后中并不对信息进行解码处理而是直接对信号进行放大，并在下一个时隙到来时转发到目的节点。译码转发策略是中继节点在完成信号接受后会先对信号进行解码操作，完成解码后再以同样的编码方式将信息转发到目的节点。放大转发的缺点在中继节点完成对源节点信息的放大处理的同时也对信道中的噪声进行了放大，这样目的节点接受到的信息可能含有能量较大的噪声使得信噪比降低。解码转发的缺点为同样如果中继节点不能准确的完成信号的解码那么将为系统带来信息误差的危险而且由于解码再编码的过程中耗费了时间，在对时延比较敏感的业务中应用可能效果不会很好。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服上述问题，提出一种物理层安全约束下不可信中继自适应传输信号的方法，在物理层安全约束下，提高不可信中继系统的信道容量性能，以期在保障发射者与接收者完成信息传输的同时，对传输信号进行保密传输。本专利技术所提出的一种物理层安全约束下不可信中继自适应传输信号的方法，其设备包括放中继通信系统，所述中继通信系统的信号传输方法具体包括如下步骤：系统工作模式调整为半双工方式，即对于同一节点，信号的接收和发送分步进行，信息的传递被分为两个时隙；在第一时隙中，信源以广播方式向外发送目的节点和中继节点均可接受的信息，当完成第一时隙的信息接受后，信宿节点并不立即对信号进行解码，而是由中继节点对接受到的信号进行处理，等待转发，完成第一时隙；在第二时隙中，中继节点以广播方式发送其在上一个时隙中接收的信号，目的节点在完成信息接受后对这两个时隙的信号进行合并处理。由于在第二个时隙中源节点并没有发送信息，因此，整个传输过程在时域上是正交的，对中继节点而言，信号的接收与发送分两个不同时隙完成，同样对目的节点而言，接收信号也是在两个时隙中完成。进一步的，中继节点对接受到的信号进行放大处理，其具体步骤为，在第一时隙中，信源s以广播的方式向外发送信息，目的节点d和中继节点r都可接受，满足yD1＝hSDx+nyR＝hSRx+nR其中，h为信道衰落系数，n为为均值是0，方差为1的元对称复高斯变量，x为发送信号；在第二个时隙内，信源不再发送信息，此时中继节点将其上个时隙中接收到的信息经过放大发送给目的节点，即yD2＝hRD(α*yR)+n2＝αhRD(hSRx+nR)+n2＝αhRDhSRx+αhRDnR+n2其中，α为功率分配因子；则根据yD1、yD2的表达式，利用最大比合并原理得到放大协作下的中继信道容量c满足其中，ps、pr分别为源节点和中继节点的发射功率；中继节点协作设备受到发射功率的限制满足Pr≥α2hRD2(hSR2Ps+1)通过以上公式可以得到中继节点在选择放大转发时其信道容量主要受到信道的客观条件以及信源的发射功率影响；在这种窃听方式中，源节点到目的节点之间的链路为主信道，而原籍带你到中继节点之间的链路同时又充当窃听信道，主信道的容量满足窃听信道的容量满足则信道的安全容量满足进一步的，中继节点对接受到的信号进行解码处理，在信息传递的过程中将中继节点能够成功解码的信号的时间长度为t，那么容易知晓中继设备能够成功解码，即其能够成功窃取信息。因此对整个系统来讲安全容量为主信道容量减去窃听信道容量，即主信道的容量满足窃听信道的容量满足则信道的安全容量满足附图说明图1是本专利技术在放大转发处理中信源发射功率对系统安全容量的影响图。图2是本专利技术在放大转发处理中中继与信源的现对位置对系统安全容量的影响图。图3是本专利技术在解码转发处理中信源发射功率对系统安全容量的影响图。图4是本专利技术在解码转发处理中中继与信源的现对位置对系统安全容量的影响图。图5是本专利技术处理信号的模型图。具体实施方式及效果说明为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述上述技术方案的实施过程。在中继节点不可信的情况下，中继放大转发和解码转发各自有其优缺点，并且将放大转发和解码转发相比较，利用Matlab仿真执行上述信号传输方法后，可以看出在不同条件下安全容量有时放大转发更大，有时解码转发更优。因此，在应用DSP之后，中继节点同时拥有两种转发方式很容易做到，在根据具体的信源发射功率和信源、中继距离选择不同的转发方式，可以在保障安全传输的基础上获得最大安全容量。由图1可以看出，中继节点选用放大转发模式下，中继节点距离信源节点和目的节点相等，也即是中继节点在这个三点通信模型的中间。系统的安全容量随着信源的发射功率的影响，在信源功率从0到5的过程中，系统的安全容量是有一个递增的过程，之后随着信源功率继续增大，信源到中继节点这条链路的性能要优于信源到目的节点之间的链路，这就造成了中继节点可以取得很好的窃听性能。对于相同的信源发射功率情况下，随着中继节点发射功率的增大主信道的信噪比要有所提高，窃听信道性能不变，这时系统的安全容量随会有所提高。由图2可以看出，系统在中继节点接收和转发时隙相同，中继节点到信源节点之间的距离对系统安全容量的影响。随着中继节点距离信源节点之间的距离的增大，整个系统的安全容量是在逐渐提升的。在中继节点距离信源节点的距离小于0.5的时候由于窃听链路的信道容量明显优于主信道，这时候系统没有取得正的系统容量，中继节点距离目的节点的距离在0.5之内系统开始取得正的安全容量。同时在同样的中继节点所处位置时，随着信源的发射功率的增加系统安全容量会呈现递减的结果。由于信源功率的增大使得距离信源节点比较近的中继节点所在的窃听链路获得比较高的信噪比，窃听节点可以获取到更多的信源发射的信息。由图3可以看出，所进行的仿真时系统中继节点在能够在一半的时隙内解码信源信息，整个通信系统的安全容量随着信源的发射功率的变化而改变的情况。整体上在信源的发射功率逐渐增加的过程中，当ps小于5由于中继节点距离信源节点的距离比较近可以取得较好的信道条件，这时信道容量随着信源发射功率的增加反而减小。随着信源的发射功率继续增大主信道的性能开始出现明显改观，这时信源的发射功率对主信道的积极影响更大，所以系统的安全容量又在逐渐增加。当信源的发射功率不变时，随着中继距离信源的距离增大，窃听信道的性能开始衰减而相对的主信道的性能开始增加，系统可以取得比较好的安全容量。由图4可以看出，通信模型中中继节点的成功解码时隙为0.5，系统安全容量随着中继节点到信源节点的距离的变化系统所取得的安全容量的变化情况。随着中继节点逐渐远离信源，这个过程中窃听信道的信噪比是逐渐增加，相对的主信道的性能不变，因而系统的安全容量逐渐增加直到取得正的安全容量。在中继距离信源节点的距离保持不变的情况下，随着信源的发射功率的增加中继节点所在的窃听链路能够获得比较明显的信噪比的提升，这时候系统的安全容量[16]是随着信源的发射功率的增加而递减。以上显本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种物理层安全约束下不可信中继自适应传输信号的方法，其设备包括放中继通信系统，其特征在于，所述中继通信系统的信号传输方法具体包括如下步骤：系统工作模式调整为半双工方式，对于同一节点，信号的接收和发送分步进行，信息的传递被分为两个时隙；在第一时隙中，信源以广播方式向外发送目的节点和中继节点均可接受的信息，当完成第一时隙的信息接受后，中继节点对接受到的信号进行处理，等待转发，完成第一时隙；在第二时隙中，中继节点以广播方式发送其在上一个时隙中接收的信号，目的节点在完成信息接受后对这两个时隙的信号进行合并处理。

【技术特征摘要】
1.一种物理层安全约束下不可信中继自适应传输信号的方法，其设备包括放中继通信系统，其特征在于，所述中继通信系统的信号传输方法具体包括如下步骤：系统工作模式调整为半双工方式，对于同一节点，信号的接收和发送分步进行，信息的传递被分为两个时隙；在第一时隙中，信源以广播方式向外发送目的节点和中继节点均可接受的信息，当完成第一时隙的信息接受后，中继节点对接受到的信号进行处理，等待转发，完成第一时隙；在第二时隙中，中继节点以广播方式发送其在上一个时隙中接收的信号，目的节点在完成信息接受后对这两个时隙的信号进行合并处理。2.根据权利要求1所述的一种物理层安全约束下不可信中继自适应传输信号的方法，其特征在于，中继节点对接受到的信号进行放大处理，其具体步骤为，在第一时隙中，信源s以广播的方式向外发送信息，目的节点d和中继节点r都可接受，满足yD1＝hSDx+nyR＝hSRx+nR其中，h为信道衰落系数，n为为均值是0，方差为1的元对称复高斯变量，x为发送信号；在第二个时隙内，信源不再发送信息，此时中继节点将其上时隙中接收到的信息经过放大发送给目的节点，即yD2＝hRD(α*yR)+n2＝αhRD(hSRx+nR)+n2＝αhRDhSRx+αhRDnR+n2其中，α为功率分配因子；则利用最大比合并原理得到放大协作下的中继信道容量c满足<...

【专利技术属性】
技术研发人员：林晓晨，
申请(专利权)人：上海电机学院，
类型：发明
国别省市：上海,31