[发明专利]基于最优用户选择的功率分配能量采集中继安全通信方法

权利要求书

1.一种基于最优用户选择的功率分配能量采集中继安全通信方法，其特征在于，步骤如下：

1)在第一时隙中，中继节点从M个用户中选择一个接收信噪比最大的用户作为合法用户进行服务，则合法用户表示为其中，表示M个信宿节点的集合，M个信宿节点对应M个用户，表示中继节点与用户间信道系数，表示中继节点到用户的信道功率增益；

剩余未被选中的用户都是潜在的窃听用户，系统窃听速率由所有窃听用户中接收信噪比最大的窃听用户决定，则该窃听用户表示为其中j≠i，表示中继节点到潜在窃听用户的信道功率增益；

中继节点将接收到信号的部分功率用于能量采集，中继节点接收信号的表达式为其中，P_S为信源的发送功率，d_SR为信源到中继节点的距离，ρ表示功率分配因子，0＜ρ＜1，m表示路径损耗因子，h_SR为信源至中继节点的信道参数，X_S为单位方差信源信号，n_R表示单位方差的加性白高斯噪声；

2)在第二时隙中，当信号用于能量采集之后，中继节点的发送功率为其中，ρ表示功率分配因子，0＜ρ＜1，η表示进行无线能量采集时的能量转换效率因子；

中继节点将第一时隙接收到的信号广播至用户，则第二时隙中，用户接收信号表达式为：其中，为中继节点到用户之间的距离，U_i为第i个用户，β_c为中继节点放大因子，表示单位方差的加性白高斯噪声；

3)系统的瞬时安全速率表示为其中表示合法用户接收信噪比，γ_ε表示窃听用户接收信噪比，[a]⁺表示max(a,0)；则基于瞬时安全速率的系统吞吐量为τ＝C_S；

4)中继节点采用最优功分因子进行无线信号传输和能量采集，最优功分因子算法为：

通过对系统吞吐量τ相对功率分配因子ρ取偏导，并设其为0，即可得到使得系统安全性能最强时，功率分配因子ρ的最优取值，表示为

其中，为中继节点至合法用户的信道参数，h_Rε为中继节点至窃听用户的信道参数。

2.根据权利要求1所述的基于最优用户选择的功率分配能量采集中继安全通信方法，其特征在于，步骤1)中，在忽略采集天线接收噪声所带微弱能量时，中继节点在第一时隙采集的能量表示为其中ρ表示功率分配因子，0＜ρ＜1，η表示进行无线能量采集时的能量转换效率因子，T表示两个时隙传输的总时长，T在两个时隙均匀分配。

3.根据权利要求2所述的基于最优用户选择的功率分配能量采集中继安全通信方法，其特征在于，第一时隙中继节点采集的能量全部用于第二时隙的信息传输。

4.根据权利要求1所述的基于最优用户选择的功率分配能量采集中继安全通信方法，其特征在于，步骤2)中，中继节点采用的是可变增益放大转发协议，在该协议下，中继节点放大因子

则用户接收信号表达式化为：

其中，为中继节点到用户之间的距离，表示中继节点与用户间信道系数，n_R和均表示单位方差的加性白高斯噪声，进而得出第二时隙中，用户的接收信噪比为：