一种基于能量收集的物理层安全传输方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于能量收集的物理层安全传输方法及系统，该物理层安全传输方法包括：选择步骤：选择与主用户合作的次级用户；合作转发步骤：次级用户是频谱未授权用户，且次级用户A具有认知无线电的特点，能够感知主发送端T的空闲频谱并接入，主发送端T与次级用户A进行合作将信号传输至主接收端R；无线充电传输步骤：主发送端T和主接收端R直接通信，次级用户A进行能量收集以用作自身充电。本发明专利技术的有益效果是：在短距离的信号传输中，系统根据当前条件(信道条件或者剩余电量)自适应选择次级用户的辅助方式，辅助方式包括合作转发或者无线充电，来充分保证长时间内主用户信号传输的安全性和可持续性。

A method and system of secure physical layer transmission based on energy collection

【技术实现步骤摘要】
一种基于能量收集的物理层安全传输方法及系统
本专利技术涉及通讯
，尤其涉及一种基于能量收集的物理层安全传输方法及系统。
技术介绍
现有与物理层安全相结合的无线充电技术大多考虑一个时刻(相干时间)内进行分别能量捕获和信号处理，利用两种信号处理协议：或利用PSR协议将信号能量分为两部分，利用其中一部分进行能量捕获，另一部分用作信号处理；或利用TSR协议将整个持续时间分为两部分，前一部分时间进行能量收集，后一部分时间进行信号传输。现有技术仅考虑一个相干时间内的能量捕获和信号传输问题，不具有普遍性。现实中传输信号有时候在一个时间段内往往传输不完，需要多个时间段来完成传输。且传输过程中继转发节点往往能量受限，若一直采取耗能模式，那么能量很快将会用完，一旦能量耗尽，那么主用户信号传输的安全性将得不到保证。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于能量收集的物理层安全传输方法，包括如下步骤：步骤1，选择步骤：选择与主用户合作的次级用户，主用户包括主发送端T和主接收端R，次级用户包括次级用户A和次级用户B，次级用户A为中继转发节点，次级用户B为非转发节点；步骤2，判断步骤：采用信道估计的方式对次级用户A到主接收端R的信道条件进行估计，根据估计结果得到次级用户A所处的信道条件，判断次级用户A所处的信道条件是否达标、并且判断次级用户A当前的剩余电量是否充足，若次级用户A所处的信道条件达标且次级用户A当前的剩余电量充足，那么执行合作转发步骤，若次级用户A所处的信道条件未达标和/或次级用户A当前的剩余电量不充足，那么执行无线充电传输步骤；合作转发步骤：次级用户是频谱未授权用户，且次级用户A具有认知无线电的特点，能够感知主发送端T的空闲频谱并接入，主发送端T与次级用户A进行合作将信号传输至主接收端R，这样一来不但可以抵抗信号传输中的空间衰落，提高分集增益，还能提升信号传输过程中的安全性，同时，整个系统的频谱利用率也得到提高；无线充电传输步骤：主发送端T和主接收端R直接通信，次级用户A进行能量收集以用作自身充电。作为本专利技术的进一步改进，所述合作转发步骤包括第一步骤和第二步骤，第一步骤：主发送端T发送广播信号，次级用户B发送与次级用户A的通信信号，次级用户A会收到来自主发送端T的信号和来自次级用户B的信号，在接收信号时将两个信号进行分离，而窃听端E由于不知道次级用户B所处位置信息，所以很难将次级用户B的信号分离出来，并且窃听者对次级用户的信号并不感兴趣，所以这部分信号实际上可以作为对窃听者的一种干扰，窃听信道被恶化，而主接收端R并不需要次级用户B的信号，所以设置波束成型矩阵，使得次级用户B的信号在主接收端R迫零；第二步骤：次级用户A发送信息给主接收端R和次级用户B，其中发送给主接收端R的是转发第一步骤收到的主发送端T的信号，发送给次级用户B的是自身的通信信号，由于窃听端E对次级用户A和次级用户B的通信信号并不感兴趣，所以次级用户A和次级用户B的通信信号再次作为干扰窃听端E的噪声存在，窃听端信道再次被恶化，安全传输机制完成；由于主接收端R不需要次级用户A和B的信号，采取设计迫零波束成型矩阵的方法对该信号在主接收端R进行屏蔽。作为本专利技术的进一步改进，在所述无线充电传输步骤中，主发送端T和主接收端R直接通信，次级用户B发射人工噪声干扰窃听端E，次级用户A接收到来自主发送端T的信号和来自次级用户B的信号，由于此时次级用户A所处信道状态并不适合转发信号，所以不需要对信号进行处理，仅仅接收信号并利用配置的能量捕获装置对两个射频信号进行能量捕获，以汲取其中部分的能量用作自身充电。作为本专利技术的进一步改进，在所述第一步骤中，次级用户A会收到来自主发送端T的信号和来自次级用户B的信号，在接收信号时采取投影技术将两个信号进行分离。作为本专利技术的进一步改进，在合作转发步骤中，该时刻执行完毕，进入下一时刻的时候，返回执行判断步骤；在无线充电传输步骤中，该时刻执行完毕，进入下一时刻的时候，返回执行判断步骤；当信号传输完毕或达到停止条件时则结束。本专利技术还公开了一种基于能量收集的物理层安全传输系统，包括：选择模块：用于选择与主用户合作的次级用户，主用户包括主发送端T和主接收端R，次级用户包括次级用户A和次级用户B，次级用户A为中继转发节点，次级用户B为非转发节点；判断模块：用于采用信道估计的方式对次级用户A到主接收端R的信道条件进行估计，根据估计结果得到次级用户A所处的信道条件，判断次级用户A所处的信道条件是否达标、并且判断次级用户A当前的剩余电量是否充足，若次级用户A所处的信道条件达标且次级用户A当前的剩余电量充足，那么执行合作转发步骤，若次级用户A所处的信道条件未达标和/或次级用户A当前的剩余电量不充足，那么执行无线充电传输步骤；合作转发模块：次级用户是频谱未授权用户，且次级用户A具有认知无线电的特点，能够感知主发送端T的空闲频谱并接入，主发送端T与次级用户A进行合作将信号传输至主接收端R；无线充电传输模块：用于主发送端T和主接收端R直接通信，次级用户A进行能量收集以用作自身充电。作为本专利技术的进一步改进，所述合作转发模块包括第一模块和第二模块，第一模块：用于主发送端T发送广播信号，次级用户B发送与次级用户A的通信信号，次级用户A会收到来自主发送端T的信号和来自次级用户B的信号，在接收信号时将两个信号进行分离，而窃听端E由于不知道次级用户B所处位置信息，所以很难将次级用户B的信号分离出来，并且窃听者对次级用户的信号并不感兴趣，所以次级用户之间的通信信号实际上可以作为对窃听者的干扰，窃听信道被恶化，而主接收端R并不需要次级用户B的信号，所以设置波束成型矩阵，使得次级用户B的信号在主接收端R迫零；第二模块：用于次级用户A发送信息给主接收端R和次级用户B，其中发送给主接收端R的是转发第一模块收到的主发送端T的信号，发送给次级用户B的是自身的通信信号，由于窃听端E对次级用户A和次级用户B的通信信号并不感兴趣，所以次级用户A和次级用户B的通信信号再次作为干扰窃听端E的噪声存在，窃听端信道再次被恶化，安全传输机制完成；由于主接收端R不需要次级用户A和B的信号，采取设计迫零波束成型矩阵的方法对该信号在主接收端R进行屏蔽。作为本专利技术的进一步改进，在所述无线充电传输模块中，主发送端T和主接收端R直接通信，次级用户B发射人工噪声干扰窃听端E，次级用户A接收到来自主发送端T的信号和来自次级用户B的信号，由于此时次级用户A所处信道状态并不适合转发信号，所以不需要对信号进行处理，仅仅接收信号并利用配置的能量捕获装置对两个射频信号进行能量捕获，以汲取其中部分的能量用作自身充电。作为本专利技术的进一步改进，在所述第一模块中，次级用户A会收到来自主发送端T的信号和来自次级用户B的信号，在接收信号时采取投影技术将两个信号进行分离。作为本专利技术的进一步改进，在合作转发模块中，该时刻执行完毕，进入下一时刻的时候，返回执行判断模块；在无线充电传输模块中，该时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于能量收集的物理层安全传输方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1，选择步骤：选择与主用户合作的次级用户，主用户包括主发送端T和主接收端R，次级用户包括次级用户A和次级用户B，次级用户A为中继转发节点，次级用户B为非转发节点；/n步骤2，判断步骤：采用信道估计的方式对次级用户A到主接收端R的信道条件进行估计，根据估计结果得到次级用户A所处的信道条件，判断次级用户A所处的信道条件是否达标、并且判断次级用户A当前的剩余电量是否充足，若次级用户A所处的信道条件达标且次级用户A当前的剩余电量充足，那么执行合作转发步骤，若次级用户A所处的信道条件未达标和/或次级用户A当前的剩余电量不充足，那么执行无线充电传输步骤；/n合作转发步骤：次级用户是频谱未授权用户，且次级用户A具有认知无线电的特点，能够感知主发送端T的空闲频谱并接入，主发送端T与次级用户A进行合作将信号传输至主接收端R；/n无线充电传输步骤：主发送端T和主接收端R直接通信，次级用户A进行能量收集以用作自身充电。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于能量收集的物理层安全传输方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，选择步骤：选择与主用户合作的次级用户，主用户包括主发送端T和主接收端R，次级用户包括次级用户A和次级用户B，次级用户A为中继转发节点，次级用户B为非转发节点；
步骤2，判断步骤：采用信道估计的方式对次级用户A到主接收端R的信道条件进行估计，根据估计结果得到次级用户A所处的信道条件，判断次级用户A所处的信道条件是否达标、并且判断次级用户A当前的剩余电量是否充足，若次级用户A所处的信道条件达标且次级用户A当前的剩余电量充足，那么执行合作转发步骤，若次级用户A所处的信道条件未达标和/或次级用户A当前的剩余电量不充足，那么执行无线充电传输步骤；
合作转发步骤：次级用户是频谱未授权用户，且次级用户A具有认知无线电的特点，能够感知主发送端T的空闲频谱并接入，主发送端T与次级用户A进行合作将信号传输至主接收端R；
无线充电传输步骤：主发送端T和主接收端R直接通信，次级用户A进行能量收集以用作自身充电。


2.根据权利要求1所述的物理层安全传输方法，其特征在于，所述合作转发步骤包括第一步骤和第二步骤，
第一步骤：主发送端T发送广播信号，次级用户B发送与次级用户A的通信信号，次级用户A会收到来自主发送端T的信号和来自次级用户B的信号，在接收信号时将两个信号进行分离，而窃听端E由于不知道次级用户B所处位置信息，所以很难将次级用户B的信号分离出来，窃听信道被恶化，而主接收端R并不需要次级用户B的信号，所以设置波束成型矩阵，使得次级用户B的信号在主接收端R迫零；
第二步骤：次级用户A发送信息给主接收端R和次级用户B，其中发送给主接收端R的是转发第一步骤收到的主发送端T的信号，发送给次级用户B的是自身的通信信号，由于窃听端E对次级用户A和次级用户B的通信信号并不感兴趣，所以次级用户A和次级用户B的通信信号再次作为干扰窃听端E的噪声存在，窃听端信道再次被恶化，安全传输机制完成；由于主接收端R不需要次级用户A和B的信号，采取设计迫零波束成型矩阵的方法对该信号在主接收端R进行屏蔽。


3.根据权利要求1所述的物理层安全传输方法，其特征在于，在所述无线充电传输步骤中，主发送端T和主接收端R直接通信，次级用户B发射人工噪声干扰窃听端E，次级用户A接收到来自主发送端T的信号和来自次级用户B的信号，由于此时次级用户A所处信道状态并不适合转发信号，所以不需要对信号进行处理，仅仅接收信号并利用配置的能量捕获装置对两个射频信号进行能量捕获，以汲取其中部分的能量用作自身充电。


4.根据权利要求2所述的物理层安全传输方法，其特征在于，在所述第一步骤中，次级用户A会收到来自主发送端T的信号和来自次级用户B的信号，在接收信号时采取投影技术将两个信号进行分离。


5.根据权利要求1至4任一项所述的物理层安全传输方法，其特征在于，在合作转发步骤中，该时刻执行完毕，进入下一时刻的时候，返回执行判断步骤；在无线充电传输步骤中，该时刻执行完毕，进入下一时刻的时候，返回执行判断步骤；当信号传输完毕或达到停止条件时则结束。
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【专利技术属性】
技术研发人员：曹斌，李爽，孙伟，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：广东;44