[发明专利]基于人工噪声的NOMA全双工用户协作保密传输方法

说明书

本发明的目的是提供基于人工噪声的NOMA全双工用户协作保密传输方法，针对非正交多址系统下行中窃听者使用连续自干扰消除技术造成的信息泄漏问题，提出了一种协作传输物理层安全方法，该方法不仅能够实现最小化基站的传输功率，同时也能保证系统中各个用户的保密速率需求，针对该方法设计出的优化问题是非凸的且难以求解这一难题，提出了一种近似求解方案，首先通过半定松弛方法对原优化问题进行重构，然后利用连续凸逼近迭代算法近似求解重构后的优化问题。通过对重构后的优化问题的求解，本发明实现了基于人工噪声的NOMA全双工用户协作保密传输方法。

技术领域

本发明属于全双工用户物理层安全协作传输技术领域，具体涉及基于人工噪声的NOMA全双工用户协作保密传输方法。

背景技术

日益增长的频谱资源和高数据传输需求推动着5G的研究，如果采用正交多址(Orthogonal Multiple Access，OMA)技术，同时满足5G高速率、低时延、宽带宽的要求是非常困难的。但一种非正交多址(Non-Orthogonal Multiple Access，NOMA)技术可以同时满足上述要求，其是一种对相同时域、频域、码域的多个用户采用功率复用多址接入的技术。

众所周知，能效和供能的稳定性已经成为了5G技术的热点。传统的能量收集技术从自然界的太阳能和风能中收集能量，由于这些能量受气候影响，所以不能稳定的给移动式无线设备供能。由于射频信号同时携带能量和数据信息，所以采用无线携能通信(Simultaneous Wireless Information And Power Tranfer，SWIPT)技术可以在给设备传输数据的同时传递能量。因此，过去几年有很多学者研究SWIPT技术。根据不同的能量收集和信息传递方式，SWIPT技术可以采用功率分配和时间分配两种架构。

受到5G无线通信高速率、便利性、可持续性需求的启发，可以将SWIPT技术和NOMA技术结合起来去提升含能量不足设备的5G无线通信系统的能效。在多输入单输出(Multiple Input Single Output,MISO)场景下，将协作通信技术与NOMA技术结合起来会进一步提升系统容量和可靠性等性能。由于近用户充当中继采用半双工方式，这种策略需要分两个时隙发射一个数据包，因此导致频谱资源浪费的问题。全双工(Full Duplex,FD)技术被视为解决该问题的方法，因为其可以在同一频带同时发射和接收信号从而避免该问题的发生。

然而在全双工(FD)模式下，中继发射端引入的自干扰(Self Interference,SI)会极大地降低中继接收信号的质量。幸运的是，自干扰消除(Self InterferenceCancellation，SIC)技术可以将SI降至一定阈值下。在SIC技术的辅助下，基于协作NOMA策略的FD技术具有提高频谱效率的特性，其广泛地应用在无线传感器网络中。然而如果FD中继协作NOMA系统中存在窃听者，系统保密传输性能将无法保证。

发明内容

本发明的目的是提供基于人工噪声的NOMA全双工用户协作保密传输方法，使基站的传输功率最小化，同时保证了用户的保密需求。

本发明解决其技术问题的技术方案为：基于人工噪声的NOMA全双工用户协作保密传输方法，包括以下步骤：

S1：基站向外广播带有人工噪声干扰的叠加信号x；

S2：假设只有用户2采用全双工模式，其他节点采用半双工模式。用户1接收基站广播的带人工干扰信号y₁；用户2在同一时隙会接收到两种信号，一种信号是基站向其发射的信号，另一种信号是用户2的残余自干扰，用户2接收到的信号用y₂表示；

S3：用户接收信号的同时，窃听者也窃听到基站发出的叠加信号，获得窃听者信号的加性高斯白噪声Additive White Gaussian Noise，AWGN和信干噪比Signal toInterference plus Noise Ratio,SINR；