[发明专利]一种远距离物理层安全能量采集方法

说明书

技术领域

本发明提供一种远距离物理层安全能量采集方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

随着对信息处理和传输速率的要求日益严格，对于能量有限的无线通信设备需要更多的能量才能进行正常的数据接收。为了解决日益严峻的能量中断问题，无线能量采集技术被应用到通信过程中。在无线传能通信中，终端设备可以从周围基站的射频信号中获得能量，进而对自身进行充电和存储，因此终端设备的寿命得到延长。

传统保密技术主要从应用层计算机网络协议和数据加密着手，但由于密钥的管理和分发相当复杂，实现比较困难。如今无线通信的物理层安全作为一种新的保密方法越发引起研究人员的重视和关注。由于无线传输媒质的开放性，任何非法用户都可能窃听到发射机与合法用户之间的信息，进而扰乱合法用户的正常通信。在无线传能通信系统中，能量接收机作为一种潜在的非法用户同样可能窃听信息信号。

为了防止信息信号被窃听，人们提出了很多种物理层安全通信模型和方法。针对远距离传输通信，通常采用一个或多个中继节点进行协作传输。在无线传能通信系统中，研究人员分析了能量接收机窃听信息信号时的安全容量，并且提出了多种物理层安全的无线信息和能量同时传输方案。在实际场景中，基站与中继节点之间往往距离很近，多个中继与基站可以被认为位于同一个簇中，多个中继之间可以通过合作加强信息可靠传输的性能。然而，多个非法用户也可以通过群体共谋来窃听合法用户的信息，这给信息安全传输带来了极大的挑战。

发明内容

针对现有的远距离物理层安全能量采集系统未考虑在多中继合作和多个非法用户群体共谋的场景下的安全通信，本发明提供一种远距离物理层安全能量采集方法。

本发明技术方案如下：

本发明一种远距离物理层安全能量采集方法所依托的远距离物理层安全能量采集系统包括单天线基站、单天线合法用户、单天线中继节点和单天线非法用户；

其中，单天线基站和单天线合法用户的数量为1个；单天线中继节点的数量为大于等于2个；单天线非法用户的数量为大于等于2个；多个单天线中继节点和单天线基站距离较近，形成一个簇；

其中，单天线基站简称基站；单天线合法用户，简称合法用户；单天线中继节点，简称中继节点；单天线非法用户，简称非法用户；

其中，多个单天线中继节点通过合作，相当于一个多天线中继节点；

单天线非法用户和单天线合法用户距离单天线基站较远，通常假设单天线基站与单天线合法用户以及单天线非法用户之间没有直接通信链路；本发明所述方法所依托的系统采用解码转发策略工作；具体包含第一阶段策略和第二阶段策略两部分。

一种远距离物理层安全能量采集方法的第一阶段策略，包含如下步骤：

步骤一、单天线基站发送信号给同一个簇中的单天线中继节点；

系统中有1个基站，多个中继节点分别表示为R₁,R₂,…,R_K，1个合法用户，多个非法用户分别表示为E₁,E₂,…,E_M形成一个集合进行合谋；

基站向在同一个簇中的中继节点发送信号x_s，发射信号x_s满足E(|x_s|²)＝P，其中P为基站发送信号功率；

步骤二、单天线中继节点接收信号并对信息进行解码；

中继节点R_k(1≤k≤K)接收到的信号为y_R,k＝x_sh_k+n_R,k，其中h_k为单天线基站与中继节点R_k之间的信道系数，n_R,k为均值为零、方差为的加性高斯白噪声，k的取值范围为1到K；

因为单天线基站和中继节点之间的距离并不远，中继节点可以正确地解码接收到的信号，而且基站可以用一个很小的功率广播信号，这样分布在远处的合法用户和非法用户不会收到信号；

至此，经步骤一及步骤二，完成了一种远距离物理层安全能量采集方法的第一阶段策略；

在一种远距离物理层安全能量采集方法的第二阶段策略包含如下步骤:

步骤三、单天线中继节点转发解码出的信号；

多个单天线中继节点进行合作，等效于一个多天线中继，此中继称为等效中继节点；等效中继节点将接收到的源信号x_s进行转发，则发送的信号可以表示为：