基于SWIPT不可信中继下多用户干扰混合RF/FSO系统及安全传输方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于SWIPT不可信中继下多用户干扰混合RF/FSO系统及方法，系统包括用户节点、多个可信中继节点、单个不可信中继节点和目的地节点，所述可信中继节点接受用户节点发送的信号，所述不可信中继节点窃听用户节点发送的信号，干扰用户节点向不可信中继发送干扰信号；所述的目的地节点接受可信中继节点发送的信号；所述用户节点采用SWIPT时间切换结构，用户节点在第一时隙从中继节点获取能量并加以存储，采集的能量用于第二时隙的信息传输，随机分配一些干扰用户节点发射干扰信号干扰不可信中继。本发明专利技术在RF/FSO系统中，采用一种基于SWIPT不可信中继下多用户干扰混合RF/FSO系统及安全传输方法，大大改善了混合RF/FSO系统通信的安全性能。FSO系统通信的安全性能。FSO系统通信的安全性能。

【技术实现步骤摘要】
基于SWIPT不可信中继下多用户干扰混合RF/FSO系统及安全传输方法


[0001]本申请涉及无线通信领域，具体地涉及一种不可信中继下基于多用户干扰混合RF/FSO系统及安全传输方法。

技术介绍

[0002]随着无线通信技术的飞速发展，人们对于无线服务的需求与日俱增，无线频谱资源日益紧张。此外，无线频谱资源的低利用率更加剧了射频(RF)频谱稀缺问题。与RF无线通信相比，自由空间光(FSO)通信系统无需频谱许可，同时还具有带宽高，传输容量大，传输速率快，安全性高等优点，引起了学术界的广泛关注。但是易受到指向误差以及大气湍流等各种环境因素影响，也不适用于远距离通信。为了解决上述的问题，提出了一种独具优势的新型通信模型——混合RF/FSO系统。结合了恶劣天气条件下RF通信的可靠性和FSO通信的安全性，不仅可以提升通信系统整体性能，还能有效拓展通信距离。考虑混合系统中无线RF信道的广播性，RF通信容易被恶意窃听者窃听保密信息，使得通信造成严重的安全隐患，进而考虑研究混合RF/FSO系统下的物理层安全(Physical Layer Security，PLS)性能。由于物理层安全不依赖任何加密算法、复杂度低，只需要利用无线信道的物理特性，就可以实现完美的保密通信。因此，混合RF/FSO系统的物理层安全问题开始受到关注。
[0003]多用户调度技术可以在不消耗额外资源的情况下增强无线网络的物理层安全性，并且具有扩大通信范围、增强通信系统吞吐量的优势。在实际情况中，通信网络往往有多个用户，考虑单用户情况是不全面的。而现有的多用户系统也都需要大量的中继节点，并根据不同的拓扑结构和网络配置进行串联或并行部署。为了使多用户系统获得更好的性能增益，因此提出了多中继方案，多中继方案的使用以功率分配为代价，为系统提供了更好的空间分集同时也使得链路损耗最小化，是提高无线通信网络的稳定性和可靠性的有效途径。
[0004]无线能量传输是对能量受限无线网络的研究一种新的能量收集解决方案。一般来说，其核心思想是无线节点可以捕获源节点发送的射频信号，并将其转换成直流电来为电池充电，然后将其用于信号处理或传输。从物理层安全角度来讲，干扰用户发射干扰信号对窃听者进行干扰，可以降低窃听者的信噪比，且对合法接收者的影响很小或者没有，就可以有效提高系统的安全性能。

技术实现思路

[0005]本申请实施例的目的是提供一种不可信中继下基于多用户干扰混合RF/FSO系统及安全传输方法，以解决相关技术中存在的不可信中继窃听信息安全问题和能源限制的技术问题。
[0006]根据本申请实施例的第一方面，提供一种基于SWIPT不可信中继下多用户干扰混合RF/FSO系统，包括多个用户节点、多个中继节点、一个目的地节点，多个所述用户节点分为多个传输用户节点和多个干扰用户节点这两类，多个所述中继节点分为多个可信中继节
点和一个不可信中继节点这两类，其中：
[0007]各用户节点在第一时隙从中继节点获取能量并加以存储，采集的能量用于第二时隙的信息传输，随机分配部分干扰用户节点发射干扰信号干扰不可信中继，其余部分干扰用户节点通过RF链路发射信息给中继节点；
[0008]每个可信中继节点接受所有传输用户节点发送的信号，所述不可信中继节点窃听所有传输用户节点发送的信号，所有干扰用户节点向不可信中继发送干扰信号，所述的目的地节点接受所有中继节点发送的信号。
[0009]可选的，所述用户节点和所述可信中继节点之间的通过服从Nakagami
‑
m分布的RF链路传输信号，所述不可信中继节点和所述用户节点之间通过服从Nakagami
‑
m分布的RF链路传输信号，所述可信中继节点和所述目的地节点之间通过服从M
á
laga(M)衰落分布的FSO链路传输信号。
[0010]可选的，各所述用户节点在能量收集阶段接收到的信号y
Ri
为：
[0011][0012]其中i∈{m,j}，m是传输用户节点的个数，j是干扰用户节点个数，P
R
是各个可信和不可信中继节点发射功率，x
Ri
为各个不可信和可信中继节点的归一化信号，h
Ri
是各可信和不可信中继节点和各用户节点之间的信道系数，d
Ri
代表各可信和不可信中继节点到各用户节点的距离，τ是路径损耗指数，n
R
表示各可信和不可信中继节点处均值为零、方差为的加性高斯白噪声。
[0013]可选的，当忽略噪声的存在时，各用户节点从中继节点采集到的能量E
i
为：
[0014][0015]其中η是各用户节点将射频信号转换为直流电的能量转换效率，ρ表示时间切换系数，T是用于能量收集和发射干扰的设计总时间块。
[0016]可选的，各用户节点在经过充电阶段的能量累积后，当干扰用户节点个数S
j
＝1时，过多的干扰信号会对可信中继节点产生一定的干扰影响，当随机分配多个干扰用户节点S
j
时，通过人工干扰生成方法，干扰用户生成一个h
JR
零空间正交基S
j
×
(S
j
‑
1)矩W，其中向量v具有(S
j
‑
1)个归一化方差的独立同分布复高斯随机元素；然后，干扰用户节点发送Wv作为干扰信号；此时可信中继节点R接受到信号y
SR
为：
[0017][0018]其中，x
mR
为各传输用户节点m传输的归一化信号，h
mR
是各用户节点m和中可信中继节点之间的信道系数，e
R
表示可信中继处均值为零、方差为的加性高斯白噪声；
[0019]当S
j
＞1时，由于干扰信号被传输到了h
JR
的零空间中，因此可信中继节点处接收到的信号不受干扰用户的影响；
[0020]可选的，所述不可信中继接收到的信号y
SE
表示为：
[0021][0022]其中，h
mE
，h
JE
分别是各传输用户节点m、干扰用户节点j与不可信中继e节点之间的信道系数，n
E
表示不可信中继处均值为零、方差为的加性高斯白噪声。
[0023]可选的，所述用户节点与中继节点之间的所有RF链路都服从Nakagami
‑
m衰落分布，RF链路瞬时信噪比γ
k
的概率密度函数和累计分布函数分别为：
[0024][0025][0026]其中k∈{SR,SE,JE}，SR,SE,JE是代表各个RF信道，m
k
是衰落参数，三者分别为各自信道间的平均功率信道增益，λ
SR
、λ
JE
和λ
SE
分别是传输用户节点到可信中继节点、干扰用户节点到不可信中继和用户节点到不可信中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于SWIPT不可信中继下多用户干扰混合RF/FSO系统，其特征在于，包括多个用户节点、多个中继节点、一个目的地节点，多个所述用户节点分为多个传输用户节点和多个干扰用户节点这两类，多个所述中继节点分为多个可信中继节点和一个不可信中继节点这两类，其中：各用户节点在第一时隙从中继节点获取能量并加以存储，采集的能量用于第二时隙的信息传输，随机分配部分干扰用户节点发射干扰信号干扰不可信中继，其余部分干扰用户节点通过RF链路发射信息给中继节点；每个可信中继节点接受所有传输用户节点发送的信号，所述不可信中继节点窃听所有传输用户节点发送的信号，所有干扰用户节点向不可信中继发送干扰信号，所述的目的地节点接受所有中继节点发送的信号。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述用户节点和所述可信中继节点之间的通过服从Nakagami
‑
m分布的RF链路传输信号，所述不可信中继节点和所述用户节点之间通过服从Nakagami
‑
m分布的RF链路传输信号，所述可信中继节点和所述目的地节点之间通过服从M
á
laga(M)衰落分布的FSO链路传输信号。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，各所述用户节点在能量收集阶段接收到的信号y
Ri
为：其中i∈{m,j}，m是传输用户节点的个数，j是干扰用户节点个数，P
R
是各个可信和不可信中继节点发射功率，x
Ri
为各个不可信和可信中继节点的归一化信号，h
Ri
是各可信和不可信中继节点和各用户节点之间的信道系数，d
Ri
代表各可信和不可信中继节点到各用户节点的距离，τ是路径损耗指数，n
R
表示各可信和不可信中继节点处均值为零、方差为的加性高斯白噪声。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，当忽略噪声的存在时，各用户节点从中继节点采集到的能量E
i
为：其中η是各用户节点将射频信号转换为直流电的能量转换效率，ρ表示时间切换系数，T是用于能量收集和发射干扰的设计总时间块。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，各用户节点在经过充电阶段的能量累积后，当干扰用户节点个数S
j
＝1时，过多的干扰信号会对可信中继节点产生一定的干扰影响，当随机分配多个干扰用户节点S
j
时，通过人工干扰生成方法，干扰用户生成一个h
JR
零空间正交基S
j
×
(S
j
‑
1)矩W，其中向量v具有(S
j
‑
1)个归一化方差的独立同分布复高斯随机元素；然后，干扰用户节点发送Wv作为干扰信号；此时可信中继节点R接受到信号y
SR
为：
其中，x
mR
为各传输用户节点m传输的归一化信号，h
mR
是各用户节点m和中可信中继节点之间的信道系数，e
R
表示可信中继处均值为零、方差为的加性高斯白噪声；当S
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王怡，汪勇，詹志武，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：