一种远距离物理层安全能量采集方法技术

本发明专利技术提供一种远距离物理层安全能量采集方法,属于无线通信技术领域。本发明专利技术考虑在多个中继合作和多个非法用户群体共谋的远距离通信场景下实现能量采集,多个单天线中继距离单天线基站距离较近,与基站形成一簇,基站发送信号给同簇中的中继,中继收到信息之后进行解码转发给系统中的合法用户,非法用户进行群体共谋窃听信号.合法用户除了用接收信号进行信息解码外还用一部分来采集能量.采用本发明专利技术所述方法,在多个非法用户共谋时通过多个中继合作增强了信息传输可靠性,保障能量受限的合法用户获得更多能量,能够保证正常通信。

Remote physical layer safety energy collecting method

The invention provides a long-distance physical layer safety energy collection method, belonging to the field of wireless communication technology. The invention considers the energy acquisition in multi relay cooperation and a number of illegal user groups collusion long-distance communication scenarios, a single antenna relay distance of single antenna base station distance, forming a cluster with the base station, the base station sends signals to the relay in the same clusters, after receiving relay information to decode and forward to the legitimate user in the system, the illegal user groups seek legitimate users in addition to the eavesdropping signal. The received signal is decoded using information collected by a part of energy. By adopting the method of the invention, through multiple relay cooperation in a number of illegal user collusion enhanced the reliability of information transmission, to protect the legitimate users of the limited energy to get more energy to ensure the normal communication.

【技术实现步骤摘要】
一种远距离物理层安全能量采集方法
本专利技术提供一种远距离物理层安全能量采集方法，属于无线通信

技术介绍
随着对信息处理和传输速率的要求日益严格，对于能量有限的无线通信设备需要更多的能量才能进行正常的数据接收。为了解决日益严峻的能量中断问题，无线能量采集技术被应用到通信过程中。在无线传能通信中，终端设备可以从周围基站的射频信号中获得能量，进而对自身进行充电和存储，因此终端设备的寿命得到延长。传统保密技术主要从应用层计算机网络协议和数据加密着手，但由于密钥的管理和分发相当复杂，实现比较困难。如今无线通信的物理层安全作为一种新的保密方法越发引起研究人员的重视和关注。由于无线传输媒质的开放性，任何非法用户都可能窃听到发射机与合法用户之间的信息，进而扰乱合法用户的正常通信。在无线传能通信系统中，能量接收机作为一种潜在的非法用户同样可能窃听信息信号。为了防止信息信号被窃听，人们提出了很多种物理层安全通信模型和方法。针对远距离传输通信，通常采用一个或多个中继节点进行协作传输。在无线传能通信系统中，研究人员分析了能量接收机窃听信息信号时的安全容量，并且提出了多种物理层安全的无线信息和能量同时传输方案。在实际场景中，基站与中继节点之间往往距离很近，多个中继与基站可以被认为位于同一个簇中，多个中继之间可以通过合作加强信息可靠传输的性能。然而，多个非法用户也可以通过群体共谋来窃听合法用户的信息，这给信息安全传输带来了极大的挑战。
技术实现思路
针对现有的远距离物理层安全能量采集系统未考虑在多中继合作和多个非法用户群体共谋的场景下的安全通信，本专利技术提供一种远距离物理层安全能量采集方法。本专利技术技术方案如下：本专利技术一种远距离物理层安全能量采集方法所依托的远距离物理层安全能量采集系统包括单天线基站、单天线合法用户、单天线中继节点和单天线非法用户；其中，单天线基站和单天线合法用户的数量为1个；单天线中继节点的数量为大于等于2个；单天线非法用户的数量为大于等于2个；多个单天线中继节点和单天线基站距离较近，形成一个簇；其中，单天线基站简称基站；单天线合法用户，简称合法用户；单天线中继节点，简称中继节点；单天线非法用户，简称非法用户；其中，多个单天线中继节点通过合作，相当于一个多天线中继节点；单天线非法用户和单天线合法用户距离单天线基站较远，通常假设单天线基站与单天线合法用户以及单天线非法用户之间没有直接通信链路；本专利技术所述方法所依托的系统采用解码转发策略工作；具体包含第一阶段策略和第二阶段策略两部分。一种远距离物理层安全能量采集方法的第一阶段策略，包含如下步骤：步骤一、单天线基站发送信号给同一个簇中的单天线中继节点；系统中有1个基站，多个中继节点分别表示为R1,R2,…,RK，1个合法用户，多个非法用户分别表示为E1,E2,…,EM形成一个集合进行合谋；基站向在同一个簇中的中继节点发送信号xs，发射信号xs满足E(|xs|2)＝P，其中P为基站发送信号功率；步骤二、单天线中继节点接收信号并对信息进行解码；中继节点Rk(1≤k≤K)接收到的信号为yR,k＝xshk+nR,k，其中hk为单天线基站与中继节点Rk之间的信道系数，nR,k为均值为零、方差为的加性高斯白噪声，k的取值范围为1到K；因为单天线基站和中继节点之间的距离并不远，中继节点可以正确地解码接收到的信号，而且基站可以用一个很小的功率广播信号，这样分布在远处的合法用户和非法用户不会收到信号；至此，经步骤一及步骤二，完成了一种远距离物理层安全能量采集方法的第一阶段策略；在一种远距离物理层安全能量采集方法的第二阶段策略包含如下步骤:步骤三、单天线中继节点转发解码出的信号；多个单天线中继节点进行合作，等效于一个多天线中继，此中继称为等效中继节点；等效中继节点将接收到的源信号xs进行转发，则发送的信号可以表示为：其中，步骤四、合法用户接收信号，非法用户窃听信号；合法用户和第k个非法用户接收到的信号分别表示为yD和如下公式(2)和(3)所示：其中，为中继节点与合法用户间的信道参数，为中继节点与第k个非法用户之间的信道参数，和的上标H均代表共轭转置操作；nD和分别为零均值、方差为和的加性高斯白噪声；步骤五、合法用户处理接收到的信号，获取能量和信息；合法用户将接收的信号一部分用于能量获取和一部分用于信息解码，因此用于能量获取和信息解码的信号分别为yEH和yID，分别用公式(4)和(5)表示：其中，0＜ρ＜1代表相关的功率分离比，np为均值为零、方差为的加性高斯白噪声；根据公式(4)，合法用户采集到的能量为：其中,0＜η≤1代表能量转换效率；至此，从步骤一到步骤五，完成了一种远距离物理层安全能量采集方法。有益效果本专利技术一种远距离物理层安全能量采集方法，与现有物理层安全能量采集方法相比，具有如下有益效果：1.本专利技术所述方法将物理层安全与无线传能通信相结合，通过多个中继节点合作加强信息可靠传输，在多个非法用户共谋的通信场景中，合法用户从接收信号中同时获得信息和能量，更加适用于实际通信场景；2.本专利技术所述方法能够在远距离通信过程中保障能量受限的合法用户获得更多的能量，从而保证正常通信。附图说明图1为本专利技术一种远距离物理层安全能量采集方法所依托的系统示意图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步详细说明。实施例1如图1所示，在第一阶段T1，本专利技术中所述的一种远距离物理层安全能量采集方法执行以下步骤：步骤1：单天线基站发送信号给同一个簇中的单天线中继节点；系统中有1个基站，多个中继节点分别表示为R1,R2,…,RK，1个合法用户，多个非法用户分别表示为E1,E2,…,EM形成一个集合进行合谋。基站向在同一个簇中的中继节点发送信号xs，发射信号xs满足E(|xs|2)＝P，其中P为基站发送信号功率，步骤2：单天线中继节点接收信号并对信息进行解码；中继节点Rk(1≤k≤K)接收到的信号为yR,k＝xshk+nR,k，其中hk为基站与中继节点Rk之间的信道系数，nR,k为均值为零、方差为的加性高斯白噪声；至此，经步骤1和步骤2，完成了一种远距离物理层安全能量采集方法的第一阶段；在一种远距离物理层安全能量采集方法的第二阶段T2包含如下步骤:步骤3：单天线中继节点转发解码出的信号；多个单天线中继节点进行合作，等效于一个多天线中继(简称为等效中继节点)。等效中继节点将接收到的源信号进行转发，则发送的信号可以表示为：其中，步骤4：合法用户接收信号，非法用户窃听信号；当等效中继节点发送信号时，合法用户和第k个非法用户接收到的信号分别为：其中，为中继节点与合法用户间的信道参数，为中继节点与第k个非法用户之间的信道参数；nD和分别为零均值、方差为和的加性高斯白噪声；步骤5：合法用户处理接收到的信号，获取能量和信息；合法用户将接收的信号一部分用于能量获取和一部分用于信息解码，因此用于能量获取和信息解码的信号分别为：其中，0＜ρ＜1代表相关的功率分离比，np为均值为零、方差为的加性高斯白噪声；则合法用户的SINR(signal-to-interference-plus-noiseratio，信号与干扰噪声的比)为：在无中继节点的无线传能传输系统中，合法用户的SINR可以表示为：其中，为无中继节点时，基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种远距离物理层安全能量采集方法，具有如下特征：本专利技术技术方案如下：所依托的远距离物理层安全能量采集系统包括单天线基站、单天线合法用户、单天线中继节点和单天线非法用户；其中，单天线基站和单天线合法用户的数量为1个；单天线中继节点的数量为大于等于2个；单天线非法用户的数量为大于等于2个；多个单天线中继节点和单天线基站距离较近，形成一个簇；其中，单天线基站简称基站；单天线合法用户，简称合法用户；单天线中继节点，简称中继节点；单天线非法用户，简称非法用户；其中，多个单天线中继节点通过合作，相当于一个多天线中继节点；单天线非法用户和单天线合法用户距离单天线基站较远，通常假设单天线基站与单天线合法用户以及单天线非法用户之间没有直接通信链路；本专利技术所述方法所依托的系统采用解码转发策略工作；具体包含第一阶段策略和第二阶段策略两部分。

【技术特征摘要】
1.一种远距离物理层安全能量采集方法，具有如下特征：本发明技术方案如下：所依托的远距离物理层安全能量采集系统包括单天线基站、单天线合法用户、单天线中继节点和单天线非法用户；其中，单天线基站和单天线合法用户的数量为1个；单天线中继节点的数量为大于等于2个；单天线非法用户的数量为大于等于2个；多个单天线中继节点和单天线基站距离较近，形成一个簇；其中，单天线基站简称基站；单天线合法用户，简称合法用户；单天线中继节点，简称中继节点；单天线非法用户，简称非法用户；其中，多个单天线中继节点通过合作，相当于一个多天线中继节点；单天线非法用户和单天线合法用户距离单天线基站较远，通常假设单天线基站与单天线合法用户以及单天线非法用户之间没有直接通信链路；本发明所述方法所依托的系统采用解码转发策略工作；具体包含第一阶段策略和第二阶段策略两部分。2.根据权利要求1所述的一种远距离物理层安全能量采集方法，具有如下特征：第一阶段策略，包含如下步骤：步骤一、单天线基站发送信号给同一个簇中的单天线中继节点；步骤二、单天线中继节点接收信号并对信息进行解码；至此，经步骤一及步骤二，完成了一种远距离物理层安全能量采集方法的第一阶段策略；第二阶段策略包含如下步骤；步骤三、单天线中继节点转发解码出的信号；步骤四、合法用户接收信号，非法用户窃听信号；步骤五、合法用户处理接收到的信号，获取能量和信息；至此，从步骤一到步骤五，完成了一种远距离物理层安全能量采集方法。3.根据权利要求2所述的一种远距离物理层安全能量采集方法，具有如下特征：第一阶段策略的步骤一所依托的系统中有1个基站，多个中继节点分别表示为R1,R2,…,RK，1个合法用户，多个非法用户分别表示为E1,E2,…,EM形成一个集合进行合谋；基站向在同一个簇中的中继节点发送信号xs，发射信号xs满足E(|xs|2)＝P，其中P为基站发送信号功率。4.根据权利要求2所述的一种远距离物理层安全能量采集方法，具有如下特征：步骤二中继节点Rk(1≤k≤K)接收到的信号为yR,k＝xshk+nR,k，其中，hk为基站与中继节点Rk之间的信道系数，nR,k为均值为零、方差为的加性高斯白噪声；因为基站和中继节点之间的距离并不远，中继节点可以正确地解码接收到的信号，而且基站可以用一个很小的功率广播信号，这样分布在远处的合法用户和非法用户不会收到信号。5.根据权利要求2所述的一种远距离物理层安全能量采集方法，具有如下特征：第二阶段策略中的步骤三中多个单天线中继节点进行合作，等效于一个多天线中继...

【专利技术属性】
技术研发人员：费泽松，李斌，戴曼，匡镜明，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11