【技术实现步骤摘要】
本申请涉及物理层安全，特别涉及基于多天线和功率分配策略的协同noma系统的传输方法。
技术介绍
1、无线设备数量的爆炸式增长和无线服务的多样化需求给下一代无线网络带来了前所未有的挑战。为此，需要开发先进的多址方案，以实现高效的海量用户接入。相比于正交多址接入，非正交多址(nonorthogonal multipleaccess,noma)有望显著提升传输速率和系统容量，保证更好的用户公平性，实现更低的传输时延。noma技术通过在发送端使用叠加编码技术，使多个用户的信号能够复用于同一时/频资源块。基于信道条件的差异性，接收端利用串行干扰消除技术对不同用户数据流区分解码。此外，noma可与协同通信相结合，进一步提升系统容量和可靠性。但无线信道的广播性质以及中继节点的引入，使得协同noma系统更易受到窃听和干扰的攻击，如何兼顾系统的容量和安全性问题亟需解决。传统的基于安全密钥的加解密技术在密钥分发、管理和维护时复杂度高且成本开销大。物理层安全技术通过在物理层利用无线信道的特性实现信息安全传输。其实现难度小，额外开销低，减少了系统的计算复杂度。因此，将协同noma技术和物理层安全技术结合，有望显著提升系统容量并保证信息安全传输。
2、与半双工技术相比，将全双工技术应用于noma系统，可以在同一频带内同时完成中继的发射和接收，在一定程度上能双倍提高频谱利用率。然而，全双工中继存在着严重的环路自干扰，且由于计算限制和实际的非理想性，全双工模式下的残余环路自干扰无法完全消除，将对系统性能造成影响。引入干扰或人工噪声也是物理层安全中
技术实现思路
1、本申请提供了基于多天线和功率分配策略的协同noma系统的传输方法，可用于解决全双工技术应用于noma系统存在严重的环路自干扰的技术问题。
2、本申请提供基于多天线和功率分配策略的协同noma系统的传输方法方法，方法包括：
3、步骤1，利用noma技术将安全需求用户u2和服务质量需求用户u1配对，并建立系统模型；
4、步骤2，任意时隙t，基于noma准则，基站bs进行功率分配，将安全需求用户u2的信号x2与qos需求用户u1的信号x1叠加编码后广播；
5、步骤3，中继r工作在全双工模式，采用解码转发协议，成功解码并转发信号x2；
6、步骤4，中继r配备多根天线，以消除全双工残余自干扰为条件，求解最小天线数约束值；
7、步骤5，u2接收来自r的信息，u1和窃听者eve都采用最大比合并方案接收来自bs和r的信号
8、步骤6，设计中继r处接收预编码矢量，增强中继解码和转发信息的能力；
9、步骤7，分析检测性能。
10、可选的，步骤1，利用noma技术将安全需求用户u2和服务质量需求用户u1配对，并建立系统模型，包括：
11、系统包括一个基站bs、两个合法用户u1和u2、一个被动窃听者eve和1个中继节点r；假设两个合法用户对通信有不同的服务需求，其中u1只需要满足qos需求，而u2需要保证安全传输；存在外部被动窃听者eve，仅窃取安全需求用户u2的信息；
12、假设u1直接与bs通信，而bs和u2间不存在直传链路，采用中继辅助将信号x2从基站转发至u2；中继节点r处配备有m＝mr+mt根天线，mr根天线专用于接收信号并且mt根天线用于数据传输，中继节点r工作在全双工模式，采用解码转发协议；网络中剩余所有节点都工作在半双工模式并且都配备单天线；
13、假设所有无线链路都经历独立的瑞利衰落；假设网络中所有链路的全局信道状态信息csi在接收端已知；
14、假设对应于从节点x到节点y之间的距离表示为x∈{s,r}，y∈{r,u1,u2,e}；α为路径损耗指数，β为参考距离1m处的信道增益，gxy表示节点间归一化瑞利衰落系数；假设所有接收端处的高斯白噪声均值为零，功率相等，且为σ2。
15、可选的，步骤2，任意时隙t，基于noma准则，基站bs进行功率分配，将安全需求用户u2的信号x2与qos需求用户u1的信号x1叠加编码后广播，包括：
16、假设u1的信道质量优于u2，向u1分配更多的发射功率，即a1＞a2,a1+a2＝1；
17、在任意时隙t，在bs处的叠加编码信号x(t)表示为其中x1和x2分别为用户u1和u2的归一化信号，即ps是bs的发送功率；a1和a2分别对应u1和u2的功率分配系数。
18、可选的，步骤3，中继r工作在全双工模式，采用解码转发协议，成功解码并转发信号x2；包括：
19、r在收到叠加编码信号后，首先通过将x2视为干扰来解码x1的信；从叠加的混合信号中重构减去提取的信号x1，然后解码信号x2；
20、r将成功解码后的信号x2转发给u2；由于r处存在全双工的残余自干扰，r处的接收信号表示为：
21、
22、其中，τ,(τ≤t)表示处理延迟；是从bs到r的信道矢量，表示bs和r之间的归一化瑞利衰落，dsr表示bs到r的距离，x∈{s,r}，y∈{r,u1,u2,e}。α为路径损耗指数，β为参考距离1m处的信道增益，是r处的接收预编码矢量，并满足||ur||2＝1；pr是r的发送功率，表示r处的衰落自干扰信道；是r处的发送预编码矢量；是r的加性高斯白噪声向量，遵循符号‖·‖、(·)t、和(·)-1分别表示向量的欧几里得范数、转置运算、共轭转置运算和逆运算；i是单位矩阵；表示具有均值a和协方差a的复高斯分布；表示复数m×n矩阵的空间。
23、可选的，步骤4，中继r配备多根天线，以消除全双工残余自干扰为条件，求解最小天线数约束值，包括：
24、为了消除全双工继电器处的自干扰，应满足以下条件：
25、
26、只有当变量的数量不小于式(2)中方程的数量时，上齐次线性方程才有解；式(2)的数量为1，变量的数量为mr-1+mt-1；根据代数原理，当式(2)有解时，需满足mr+mt-2≥1，即mr+mt≥3。
27、可选的，步骤5，u2接收来自中继r的信息，u1和窃听者eve都采用最大比合并方案接收来自bs和r的信号，包括：
28、u2接收来自r的信息，表示为
29、
30、其中，是从r到u2的信道矢量，表示r和u2之间的归一化瑞利衰落；表示r到u2的距离；是u2处的加性高斯白噪声；
31、假设u1和eve都采用最大比合并方案接收来自bs和r的信号；因此，u1和eve的接收信号表示为：
32、
33、其中，为bs到i的信道系数，是从r到i的信道矢量，表示r和i之间的归一化瑞利衰落；表示r到u1和eve的距离；是i处的加性高斯白噪声。
34、可选的，步骤6，设计中继r处接收预编码矢量，增强中继解码和转发信息的能力，包括<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于多天线和功率分配策略的协同NOMA系统的传输方法方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1，利用NOMA技术将安全需求用户U2和服务质量需求用户U1配对，并建立系统模型，包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2，任意时隙t，基于NOMA准则，基站BS进行功率分配，将安全需求用户U2的信号x2与QoS需求用户U1的信号x1叠加编码后广播，包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3，中继R工作在全双工模式，采用解码转发协议，成功解码并转发信号x2；包括：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4，中继R配备多根天线，以消除全双工残余自干扰为条件，求解最小天线数约束值，包括：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5，U2接收来自中继R的信息，U1和窃听者Eve都采用最大比合并方案接收来自BS和R的信号，包括：
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤6，设计中继R处接收预编码矢量，增强中继解码和转发信息的能力，包括
...【技术特征摘要】
1.基于多天线和功率分配策略的协同noma系统的传输方法方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1，利用noma技术将安全需求用户u2和服务质量需求用户u1配对，并建立系统模型，包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2，任意时隙t，基于noma准则，基站bs进行功率分配，将安全需求用户u2的信号x2与qos需求用户u1的信号x1叠加编码后广播，包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3，中...
【专利技术属性】
技术研发人员：高媛媛，江丹，郭明喜，沙楠，申麦英，李晓乐，丁铖飞，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军工程大学，
类型：发明
国别省市：
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