[发明专利]权衡物理层安全性能与系统容量的功率分配系统

说明书

本发明公开了一种权衡物理层安全性能与系统容量的功率分配系统，包含无线通信系统网络模型：用于建立源节点、目的节点、中继节点和窃听节点之间的网络模型；源节点至中继节点辐射功率模型：计算源节点S的信息量辐射到中继节点的功率离散域参量值；中继节点放大因子：计算中继节点的信息量辐射到目的节点的功率离散域参量值；窃听节点接收辐射功率模型：计算窃听节点接收源节点和中继节点的信息量的功率离散域参量值；目的节点接收辐射功率模型：计算目的节点接收到中继节点转发的信息量的功率离散域参量值；功率分配模型利用各功率离散域参量值计算系统安全传输容量和最优化功率分配策略。本发明可以保证无线通信系统的可靠性和有效性。

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及航空航天飞行器的无线通信设备，是一种权衡物理层安全性能与系统容量的功率分配方法。

技术背景

无线通信的广播特性和信道的开放性决定了信息传输容易被窃听，使得信息保密与安全的问题日益突出。由于无线通信的特性，很难进行完美的传输，一旦物理层出现问题，传统的加密技术很难保证无线通讯信息的安全性。因此，从物理层角度确保信息传输的保密安全、增强无线通信的抗窃听能力成为了近年来国内外学术界和产业界关注的焦点。

功率分配作为提高系统性能的一种有效方法，在面向物理层安全的中继系统中得到了广泛的应用。面向物理层安全的中继系统，功率分配的研究可分为两类：一是在传输功率约束下最优化物理层安全性能(保密速率和截获概率)；另一种方法是在物理层安全性能约束下尽量减少传输功率。现有的这些工作存在一定的局限性。最重要的是，盲目追求物理层安全能力可能导致过低的无线通信系统容量(传输速率)。然而，无线通信系统容量(速率)是无线网络设计最重要的指标之一。

本发明在物理层安全性能要求和总系统功率约束条件下，提出最优功率分配方法，以达到最优化的无线通信系统容量，保证无线通信系统的可靠性和有效性。利用本发明成果，可以方便地在系统容量和物理层安全性能之间做出权衡，结果表明，本发明所提出的功率分配方法具有较好的性能。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种权衡物理层安全性能与系统容量的功率分配系统，用以解决在物理层安全性能要求和总系统功率约束条件下的最优无线通信系统容量，保证无线通信系统的可靠性和有效性，结果表明本发明所提出的功率分配方法具有较好的性能。

本发明的发明目的通过以下技术方案实现：

一种权衡物理层安全性能与系统容量的功率分配系统，包含无线通信系统网络模型、源节点至中继节点功率辐射模型、中继节点放大因子、窃听点接收辐射功率模型、目的节点接收辐射功率模型以及功率分配模型，其中：

所述无线通信系统网络模型用于建立要发送的信息的源节点、目的节点、中继节点和窃听节点之间的网络模型；

源节点至中继节点辐射功率模型计算源节点S的信息量辐射到中继节点R的功率离散域参量值R_rs；

中继节点放大因子计算中继节点R的信息量辐射到目的节点D的功率离散域参量值R_rsop；

窃听节点接收辐射功率模型计算窃听节点E接收源节点S和中继节点R的信息量的功率离散域参量值e_e；

目的节点接收辐射功率模型计算目的节点D接收到中继节点R转发的信息量的功率离散域参量值d_drsop；