[发明专利]一种面向5G大规模物理层安全的低复杂度中继选择方法

说明书

本发明属于无线通信技术领域，公开了一种面向5G大规模物理层安全的低复杂度中继选择方法，对于每个中继节点来说，利用源节点‑中继之间的信道增益计算信源节点的信道容量；然后利用源节点‑中继、中继‑窃听节点之间的信道增益计算窃听节点信道容量；接着推导出基于最大‑最小准则的最优中继选择方法；在最优中继选择方法基础上，利用接收信噪比上限去简化信源节点和窃听节点信道容量；利用接收的导频信号功率去代替信道增益，得出低复杂度中继选择方法，不需要计算源节点、窃听节点接收信噪比、计算源节点‑中继、中继‑窃听节点信道增益，大大简化了计算复杂度。同时通过仿真结果表明，本发明在性能上非常接近于最优中继选择方法。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种面向5G大规模物理层安全的低复杂度中继选择方法。

背景技术

协作中继通信系统可以扩大信号传输范围，在5G多层蜂窝无线网络中可以有效改善系统容量，近来成为一大研究热点。协作中继中的双向放大转发方式具有频谱效率高、计算复杂度低等优点，在点对点网络中有广泛的应用。最近，越来越多的研究人员利用中继选择方案去保护协作网络并且取得了良好的效果。但是，目前大多数的协作网络安全都是利用中继单向传输或者双向译码转发方式实现。利用双向放大转发的中继选择方案来保护物理层安全的方法还没有被深入研究。对于双向放大转发的中继选择方案，J.Chen等人在IEEE Trans.on Information Forensics and Security上发表的文章“Joint relay andjammer selection for secure two-way relay networks”对于双向放大转发提出了几种协作中继联合协作干扰抗窃听方案，但是也提到了此种中继选择方案有两个缺点，一是协作干扰方法不一定有效甚至会反过来降低系统的安全性能，二是该方案需要信道状态信息(CSI)，计算复杂度较高。

综上所述，现有技术存在的问题是：目前的双向放大转发的中继选择方法存在协作干扰方法不一定有效甚至会反过来降低系统的安全性能；需要信道状态信息，计算复杂度较高。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种面向5G大规模物理层安全的低复杂度中继选择方法。

本发明是这样实现的，一种面向5G大规模物理层安全的低复杂度中继选择方法，

本发明提出的低复杂度中继选择方法可用下式表示：

上式中，γ_A、γ_B和γ_R分别表示各自节点发射功率与信道噪声方差的比值，和分别表示各信源节点到中继k的信道状态信息，和分别表示各信源节点接收到的来自中继k的接收导频信号功率。

进一步，所述面向5G大规模物理层安全的低复杂度中继选择方法对于每个中继节点包括：

首先利用源节点-中继之间的信道增益计算信源节点的信道容量；

然后利用源节点-中继、中继-窃听节点之间的信道增益计算窃听节点信道容量；接着推导出基于最大-最小准则的最优中继选择方法；在最优中继选择方法基础上，利用接收信噪比上限去简化信源节点和窃听节点信道容量；

最后利用接收的导频信号功率去代替信道增益，进而推导出低复杂度中继选择方法。

进一步，所述面向5G大规模物理层安全的低复杂度中继选择方法具体包括以下步骤：

步骤一，计算信源接收信号的信道容量；

步骤二，计算窃听节点接收信号的信道容量；

步骤三，获得基于最优中继选择的抗窃听方法；

步骤四，利用信源节点接收信噪比上限简化信源信道容量的计算；