[发明专利]基于非可信认知用户协作干扰的安全传输方法

摘要

本发明公开了一种基于非可信认知用户协作干扰的安全传输方法，属于无线通信技术领域。本发明采用时分机制，分为两个阶段实施。两个阶段分别对应授权用户的第一跳和第二跳传输。在每一个传输阶段，授权用户占用部分时隙来传输授权信息并且选择一个认知用户来产生干扰信息以协助其安全传输；同时此阶段的剩余时隙会分配给认知用户使用。在本发明中，我们最优的选择两个协作认知用户并分配其传输时隙以最大化认知用户的传输速率同时保证授权用户的安全性。仿真结果证明本发明与传统的单认知用户协作方案相比，可以提高授权用户的安全中断性能及认知用户的平均传输速率。

主权项

1.一种基于非可信认知用户协作干扰的安全传输方法，其特征在于，采用时分机制，将认知无线电网络的每一帧传输等分为两个时隙：第一个传输阶段对应第一个时隙，在此时隙内授权用户占用部分时隙αT来广播信息，同时选择一个认知用户产生干扰信息协助安全传输；其中，T为时隙长度，此时剩余的(1‑α)T时隙将用来进行认知传输；在第一个传输阶段，授权用户选择一个最优的认知用户si占用部分时隙αT进行安全传输，则授权用户中继端收到的信息为：其中，x_p为授权用户的信号，且|x_p|²＝1，h_pr为授权用户发射端到中继端的信道系数，P_p为授权用户的发射功率，为认知用户s_i发送的干扰信号，且为认知用户s_i到中继端的信道系数，P_s为认知用户的发射功率，n_r为授权用户中继端的噪声；则，此时非可信认知用户接收到的信号为：其中，h_ps为授权用户发射端到非可信认知用户s的信道系数，为认知用户s_i到非可信认知用户s的信道系数，为认知用户s的噪声；当授权用户传输完毕，剩余的时隙将分配给认知用户si使用，则认知用户si的接收端收到的信号为：其中，为认知用户s_i的信号，且为认知用户s_i的发射端到接收端的信道系数，为认知用户s_i的噪声；第一个传输阶段，授权用户中继端接收到信号速率为：其中，是由于传输分为两个阶段，g_pr＝|h_pr|²为授权用户发射端到中继端的信道功率增益，为认知用户s_i到中继端的信道功率增益，非可信认知用户获得的窃听速率为：其中，g_ps＝|h_ps|²为授权用户发射端到非可信认知用户s的信道功率增益，为认知用户s_i到非可信认知用户s的信道功率增益；则，此时认知用户获得的传输速率为：其中，为认知用户s_i的发射端到接收端的信道功率增益；在第二个传输阶段，授权用户中继端占用部分时隙βT来解码并转发授权用户信息，同时选择一个认知用户产生干扰信息来协助安全传输，此时剩余的(1‑β)T时隙将分配给认知用户使用；在第二个传输阶段，授权用户选择一个最优的认知用户sj占用时隙βT进行安全传输，则授权用户接收端收到的信息为：其中，x_r为授权用户中继端转发的信号，且|x_r|²＝1，h_rp为授权用户中继端到授权用户接收端的信道系数，为认知用户s_j发送的干扰信号，且为认知用户s_j到授权用户接收端的信道系数，n_r为授权用户接收端的噪声；则非可信认知用户接收到的信号为：其中，h_rs为授权用户发射端到非可信认知用户s的信道系数，为认知用户s_j到非可信认知用户s的信道系数，为认知用户s的噪声；当授权用户传输完毕，剩余的时隙将分配给认知用户sj使用，则认知用户sj的接收端收到的信号为：其中，为认知用户s_j的信号，且为认知用户s_j的发射端到接收端的信道系数，为认知用户s_j的噪声；第二个传输阶段，授权用户接收端接收到信号速率为：其中，g_rp＝|h_rp|²为授权用户中继端到接收端的信道功率增益，为认知用户s_j到中继端的信道功率增益，非可信认知用户获得的窃听速率为：其中，g_rs＝|h_rs|²为授权用户中继端到非可信认知用户s的信道功率增益，为认知用户s_j到非可信认知用户s的信道功率增益；则，此时认知用户获得的传输速率为：其中，为认知用户s_j的发射端到接收端的信道功率增益；其中，授权用户的传输速率为窃听端的窃听速率为：由于得到安全速率的下界为：为了最大化认知用户的传输速率，同时保证授权用户的安全容量，得到以下优化问题：其中，为授权用户的目标安全容量；当协作认知用户si及sj给定时，最优的时隙分配因子通过下式求解：得到：对于任意的两个协作认知用户si及sj，通过上式得到时隙分配因子α和β，对所有的非可信认知用户遍历，得到最优的协作认知用户。