【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无线通信系统，涉及一种基于d2d技术的蜂窝隐蔽通信系统，本专利技术还涉及基于d2d技术的蜂窝隐蔽通信方法。
技术介绍
1、d2d(device-to-device)通信技术可以允许两个在一定范围之内的设备之间直接通信，而无需经过基站的转发。将d2d通信技术引入到蜂窝网络中构成d2d蜂窝网络，该网络具有降低基站负载、提高频谱效率、提高吞吐量、降低通信延迟等优点，因此d2d通信技术被视为5g蜂窝网络中的一项关键技术。d2d蜂窝网络的广泛应用将成为未来趋势。
2、当前越来越多的隐私敏感信息通过d2d蜂窝网络进行传输，然而由于无线通信的广播性和无线信道的开放性，d2d蜂窝网络面临着严峻的通信安全问题。传统的保护通信内容安全的方法包括密码学方法、以及基于信道固有特征的物理层安全方法。然而对于安全需求高的特殊场景，例如银行金融交易业务、个人医疗数据共享等，对通信内容的保护无法满足安全需求，还需要对通信过程的存在性进行保护。因此以隐藏通信过程为目的的隐蔽通信技术引起了广泛关注。
3、然而目前大多数关于d2d蜂窝网络隐蔽通信的研究关注于实现d2d链路的隐蔽通信，仅有少部分研究关注于实现蜂窝链路的隐蔽通信，并且这些研究仅考虑了单个监测者的场景。因此，对多不共谋监测者场景下基于d2d技术的蜂窝隐蔽通信系统及其通信方法进行研究，并对其隐蔽性和隐蔽速率进行分析是必要与可行的。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于d2d技术的蜂窝隐蔽通信系统，解决了现有技术
2、本专利技术的另一个目的是提供基于d2d技术的蜂窝隐蔽通信方法。
3、本专利技术所采用的技术方案是，基于d2d技术的蜂窝隐蔽通信系统，包括基站bs、蜂窝发送方ct、蜂窝接收方cr、d2d通信对以及k个不共谋的监测者；
4、其中，d2d通信对包括d2d发送方dt、d2d接收方dr；
5、蜂窝发送方ct向基站bs发送隐蔽信号为蜂窝上行链路ct-bs，基站bs向蜂窝接收方cr发送蜂窝下行信号，d2d发送方dt向d2d接收方dr发送d2d信号为d2d链路dt-dr，k个不共谋的监测者对蜂窝上行链路进行监测，同时监测者会受到来自d2d链路的干扰，监测者受到来自d2d链路的干扰为干扰链路dt-wk，其中k＝1,2,…,k。
6、本专利技术的特点还在于，
7、基站bs、蜂窝发送方ct、蜂窝接收方cr、d2d通信对以及k个不共谋的监测者均为通讯节点且均采用单天线。
8、还包括以下通信链路：基站bs向蜂窝接收方cr发送蜂窝下行信号为蜂窝下行链路bs-cr，k个不共谋的监测者对蜂窝上行链路进行监测为k条监测链路ct-wk，d2d通信对蜂窝通信造成的干扰链路dt-bs，蜂窝通信对d2d通信造成的干扰链路ct-dr；其中，蜂窝上行链路ct-bs是期望实现隐蔽通信的链路。
9、各通信链路服从独立准静态瑞利衰落，相应的信道系数为独立循环对称复高斯随机变量；信道系数在一个时隙内不变，而在时隙之间随机变化；
10、从节点s到合法节点r的信道系数hs,r服从均值为0，方差为λs,r的循环对称复高斯随机变量，表示为hs,r～cn(0,λs,r)，从节点s到第k个监测者的信道系数hs,k服从均值为0，方差为λs,w的循环对称复高斯随机变量，表示为hs,k～cn(0,λs,w)，即k个监测者的信道系数方差相同，其中s∈{ct,dt}，r∈{dr,bs}，k∈{1,...,k}；从而|hs,r|2和|hs,k|2分别服从均值为λs,r、λs,w的指数分布，它们的概率密度函数分别表示为和
11、所有监测者已知与他们自己关联的链路的信道状态信息csi，合法用户只知道与监测者关联链路的信道分布信息cdi，蜂窝链路和d2d链路之间只知道彼此的cdi；通信节点蜂窝接收方cr、d2d接收方dr、基站bs以及第k个监测者处的环境噪声nc、nd、nb、nk分别是方差等于的零均值高斯白噪声；蜂窝发送方ct和d2d发送方dt的发射功率分别为pc和pd，pc为定值，并且其他通讯节点都知道该值；pd在不同的时隙间随机变化，且服从上的均匀分布，pd的概率密度函数如下：
12、
13、其中，不超过一个上限ω；监测者知道pd的分布但不知道pd的准确值；rc和rd分别是蜂窝上行链路和d2d链路的预定义的通信速率。
14、本专利技术采用的另一种技术方案是，基于d2d技术的蜂窝隐蔽通信方法，采用上述基于d2d技术的蜂窝隐蔽通信系统，具体按照如下步骤实施：
15、步骤1，建立基于d2d技术的蜂窝隐蔽通信系统；
16、步骤2，建立监测者的监测模型，即k个不共谋的监测者对蜂窝上行链路ct-bs是否进行隐蔽信号的传输进行监测；
17、步骤3，完成多不共谋监测者场景下基于d2d技术的蜂窝隐蔽通信系统的隐蔽性计算，即对最优监测者的平均最小检测错误概率进行计算，并判断其是否满足隐蔽性需求；
18、步骤4，完成多不共谋监测者场景下基于d2d技术的蜂窝隐蔽通信系统的隐蔽速率计算；
19、步骤5，优化多不共谋监测者场景下基于d2d技术的蜂窝隐蔽通信系统的隐蔽速率。
20、步骤2具体按照如下步骤实施：
21、步骤2.1，分析第k个监测者的监测过程，k＝1,2,…,k，即第k个监测者收集一个时隙的信号，并基于二元假设检验将其收集信号的功率平均值yk与其检测阈值τk进行比较，原假设h0表示蜂窝发送方ct不向基站bs发送信息，备择假设h1表示蜂窝发送方ct向基站bs发送信息；
22、则第k个监测者在一个时隙内接收到的第i个信号yk(i)表示为：
23、
24、其中，xd(i)是d2d发送方dt发射的d2d信号，满足是xd(i)的共轭，e()表示数学期望运算；xc(i)是蜂窝发送方ct发射的蜂窝信号，满足是xc(i)的共轭；nk(i)是第k个监测者处的环境噪声；i表示监测者一个时隙内接收到的信号的序号，i的取值范围是i＝1,2,…,i，即监测者一个时隙内总共接收到i个信号；
25、步骤2.2，监测者将其收集信号的功率平均值yk与其检测阈值τk进行比较，yk的定义及监测者的比较过程如下，即就是监测者的监测模型如下：
26、
27、其中，d0和d1分别表示接受h0和h1的决策，即第k个监测者做出d0决策时认为蜂窝上行链路没有产生隐蔽通信行为，做出d1决策时认为蜂窝上行链路产生了隐蔽通信行为。
28、步骤3具体为：
29、步骤3.1，计算第k个监测者的虚警概率pfa＝p{yk＞τk|h0}和漏检概率pmd＝p{yk＜τk|h1}，具体为：
30、当i→∞时，结合公式(2)和(3)，计算得到监测者k一个时隙内收集到的信号的功率平均值yk如下：
31、...
【技术保护点】
1.基于D2D技术的蜂窝隐蔽通信系统，其特征在于，包括基站BS(1)、蜂窝发送方CT(2)、蜂窝接收方CR(3)、D2D通信对(4)以及K个不共谋的监测者；
2.根据权利要求1所述的基于D2D技术的蜂窝隐蔽通信系统，其特征在于，所述基站BS(1)、蜂窝发送方CT(2)、蜂窝接收方CR(3)、D2D通信对(4)以及K个不共谋的监测者均为通讯节点且均采用单天线。
3.根据权利要求2所述的基于D2D技术的蜂窝隐蔽通信系统，其特征在于，还包括以下通信链路：基站BS(1)向蜂窝接收方CR(3)发送蜂窝下行信号为蜂窝下行链路BS-CR，所述K个不共谋的监测者对蜂窝上行链路进行监测为k条监测链路CT-wk，D2D通信对蜂窝通信造成的干扰链路DT-BS，蜂窝通信对D2D通信造成的干扰链路CT-DR；其中，蜂窝上行链路CT-BS是期望实现隐蔽通信的链路。
4.根据权利要求3所述的基于D2D技术的蜂窝隐蔽通信系统，其特征在于，各通信链路服从独立准静态瑞利衰落，相应的信道系数为独立循环对称复高斯随机变量；信道系数在一个时隙内不变，而在时隙之间随机变化；
6.基于D2D技术的蜂窝隐蔽通信方法，其特征在于，采用权利要求5所述的基于D2D技术的蜂窝隐蔽通信系统，具体按照如下步骤实施：
7.根据权利要求6所述的基于D2D技术的蜂窝隐蔽通信方法，其特征在于，所述步骤2具体按照如下步骤实施：
8.根据权利要求7所述的基于D2D技术的蜂窝隐蔽通信方法，其特征在于，所述步骤3具体为：
9.根据权利要求8所述的基于D2D技术的蜂窝隐蔽通信方法，其特征在于，所述步骤4具体为：
10.根据权利要求9所述的基于D2D技术的蜂窝隐蔽通信方法，其特征在于，所述步骤5具体为：
...【技术特征摘要】
1.基于d2d技术的蜂窝隐蔽通信系统，其特征在于，包括基站bs(1)、蜂窝发送方ct(2)、蜂窝接收方cr(3)、d2d通信对(4)以及k个不共谋的监测者；
2.根据权利要求1所述的基于d2d技术的蜂窝隐蔽通信系统，其特征在于，所述基站bs(1)、蜂窝发送方ct(2)、蜂窝接收方cr(3)、d2d通信对(4)以及k个不共谋的监测者均为通讯节点且均采用单天线。
3.根据权利要求2所述的基于d2d技术的蜂窝隐蔽通信系统，其特征在于，还包括以下通信链路：基站bs(1)向蜂窝接收方cr(3)发送蜂窝下行信号为蜂窝下行链路bs-cr，所述k个不共谋的监测者对蜂窝上行链路进行监测为k条监测链路ct-wk，d2d通信对蜂窝通信造成的干扰链路dt-bs，蜂窝通信对d2d通信造成的干扰链路ct-dr；其中，蜂窝上行链路ct-bs是期望实现隐蔽通信的链路。
4.根据权利要求3所述的基于d2d技术的蜂窝隐蔽通信系统，其特征在于，各通信链路服从独立准静态瑞利衰落，相应的信道系数为独立循环对称复高斯随机变量；信道系数在一个时隙内不变，而在时隙之间随机变化；
5.根据权利要求4所述的基于d2d技术的蜂窝隐蔽通信系统，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：焦景森，孙冉冉，缪奇峰，曹逸之，左炎春，杨卫东，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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