[发明专利]一种不可信中继网络中的最优功率分配方法

摘要

本发明提供了一种不可信中继网络中的最优功率分配方法，首先对两跳半双工中继网络的通信过程进行建模，然后综合考虑系统安全容量和能量效率，在确保总功率一定的前提下，求解最优的功率分配因子，使系统的安全能量效率最大，增大功率受限的两跳半双工网络的安全能量效率。本发明考虑了能量效率，能够在总功率受限的条件下最大化安全能量效率，并尽量保护用户信息免受不可信中继节点的破解。本发明通过泰勒展开式简化了计算过程，且使用展开式第一项带来的估计误差不超过1％，可忽略不计。

主权项

一种不可信中继网络中的最优功率分配方法，其特征在于包括下述步骤：步骤一，在一个具有三个节点的两跳半双工中继网络中，第一个时隙，中继节点R接收到信号其中，PS和PD分别表示源节点S和目的节点D的发射功率，hSR和hDR分别为源节点S到中继节点R和目的节点D到R的信道增益，nR表示中继节点R处的加性高斯白噪声，加性高斯白噪声的噪声功率谱密度为N0；假设源节点S和目的节点D发送的总功率为P，α∈[0,1]表示功率分配因子，则S发送的功率为αP，D发送的功率为(1‑α)P；令γSR和γDR分别表示源节点S到中继节点R和目的节点D到R的等效信噪比SNR，其中γSR＝||hSR||2P/N0，γDR＝||hDR||2P/N0，则中继节点R处的瞬时信干噪比SINR表示为其中，μ＝γSR/γDR，λ＝1/γDR；步骤二，在第二个时隙，中继节点R将接收到的信号放大β倍后转发给目的节点D，则中继节点R发送的信号两个时隙均以相同功率P传输信号，将zR归一化为||zR||2＝P，则目的节点D接收到的信号其中，nD是目的节点D处的加性高斯白噪声，其噪声功率谱密度与中继节点R处的噪声功率谱密度相同，为N0；目的节点D处的瞬时SINR表示为步骤三，定义总功耗为源节点和目的节点消耗的发射功率和电路损耗之和，则总功耗其中，ηS和ηD分别表示源节点S和目的节点D的功率放大效率，PSc和PDc分别表示源节点S和目的节点D的电路损耗；定义系统的安全容量定义安全能量效率EE(α)为安全容量与总功耗之比，即步骤四，求解g6α6+g5α5+g4α4+g3α3+g2α2+g1α+g0＝0的根，其中，g6＝(ηD‑ηS)(2λ12λ22+2λ1λ24)g5＝(ηD‑ηS)(15λ1λ23+10λ1λ22+3λ12λ2‑5λ12λ22‑λ1λ24+2λ24)g4＝(ηD‑ηS)(18λ1λ2+18λ23+12λ22)+(15ηD‑13ηS)λ1λ22‑(3ηD‑2ηS)(3λ12λ2)+ηS(λ1λ24‑2λ24)g3＝(ηD‑ηS)(4λ1+24λ2)‑(ηD+ηS)(2λ12)‑6ηD(λ1λ2+λ22)+(6ηD‑3ηS)λ12λ2‑(12ηD‑17ηS)λ1λ22+(24ηD‑20ηS)λ22+ηS(λ12λ22+3λ1λ23+4λ24)g2＝ηS(18λ1λ2+6λ1λ22+18λ23‑12λ1‑8)+2(ηD+2ηS)λ12‑2(5ηD+ηS)λ22+8ηDg1＝ηS(34λ22‑2λ12+24λ1‑8)g0＝ηS(24λ2‑8λ1+16)μ＝γSR/γDRλ1＝μ+μγDR‑1λ2＝μ‑1得到最优的功率分配因子αopt，使安全能量效率EE(α)最大。