[发明专利]一种基于喷泉码的安全传输离散功率控制方法

摘要

本发明公开了一种基于喷泉码的安全传输离散功率控制方法，包括以下步骤：1)每个时隙发送端采用喷泉码编码进行编码，并根据喷泉码的包长L得到瞬时信噪比γ下不同的发送功率μ时的最大的速率R(μ|γ)；2)发送端根据在不同的信噪比时的最大速率R(μ|γ)计算在功率受限条件下每个时隙中单位功率所增加的速率的最佳变化率λ^*和每个时隙中最大的发送个数ω；3)系统根据用户反馈的瞬时信噪比γ，决定发送喷泉码数据包的个数i，以及分配相应的功率μ。本发明方法充分利用了喷泉编码传输过程中无需重传的可靠传输特征，通过在发送端收到合法用户反馈的瞬时信噪比设计有利于提升合法接收端速率的功率控制方案，从而在保证安全的前提下使得接收端有最大的速率。

主权项

1.一种基于喷泉码的安全传输离散功率控制方法，其特征在于，在使用喷泉码进行无线数据传输之前，发送端首先要将待传的私密文件划分为相关联的k个喷泉码数据包s₁,s₂,...,s_k，且每个喷泉码的包长为L，该方法包括以下步骤：1)每个时隙发送端采用喷泉码编码方法完成一个喷泉包的编码过程，并根据瞬时信噪比γ得到在不同的发送功率μ下的最大的速率R(μγ)；具体步骤如下：1‑1)发送端首先根据用户被分配的带宽B和喷泉码的包长L，得到在指定瞬时信噪比γ下发送不同数目的喷泉码j时发送端需要的功率：此时j表示的是发送的喷泉码数据包的个数，j的取值范围是整个自然数；1‑2)在指定瞬时信噪比γ下，不同发送功率的得到的速率是(iL,μ^(j))的凸组合，为了最大化发送功率，取在相同发送功率情况下最大的速率R(μγ)，得到：此时每个时隙中发送喷泉包的最大数目是没有限制的，范围为整个自然数；2)发送端根据在不同的信噪比下的最大速率R(μγ)计算功率受限时每个时隙中单位功率增加时的速率最佳变化率λ^*以及每个时隙中喷泉码最大的发送个数ω；具体步骤如下：2‑1)建立最大化用户均值速率的Lagrangian公式：在最大化传输速率而建立Lagrangian优化公式时，功率满足限制条件：即归一化的功率要小于等于平均功率；2‑2)根据Lagrangian进行数值计算求解得到，增加单位功率时，最佳的速率变化率λ^*；2‑3)根据最大速率变化率λ^*，得到发送端发送喷泉码数据包达到最大信道容量时，每个时隙中喷泉码最大的发送个数ω；3)系统根据用户反馈的瞬时信噪比γ，计算在当前的瞬时信噪比γ时发送不同数目喷泉码数据包所对应功率的次梯度区间，并判断最佳速率变化率λ^*是属于发送哪一个数目喷泉码功率的次梯度区间，发送端根据λ^*所属的区间判断发送喷泉码数据包的个数i，计算发送i个喷泉包需要分配的功率μ⁽ⁱ⁾；确定发送端发送喷泉码数据包个数操作的具体步骤如下：3‑1)根据速率公式R(μ)得到在不同的功率μ时的次梯度区间：其中，j表示在没有进行功率控制之前指定的信噪比γ下可能发送的喷泉包的个数，L表示的是喷泉包的包长，B表示的是用户被分配的带宽，T是平坦衰落信道的时隙长度，ω表示在指定包长L时达到最大信道容量时最大发送喷泉包个数的最小值，发送端在发送不同的喷泉包的数目的时候发送端会分配相应的功率μ，在不同的功率下速率R(μ)都有相应的次梯度区间3‑2)判断λ^*属于发送多少数目的喷泉码的个数j次梯度区间内，根据λ^*所属的次梯度区间，发送端决定发送喷泉码数据包的个数i，其中i表示的是经过功率控制之后发送端决定发送的喷泉包的个数，同时给发送端分配相应的功率：3‑3)如果发送端接收到Bob数据解码完成反馈，则返回到步骤1)；否则文件没有被Bob解码完成，返回到3‑2)。