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专利号: 2017104947945
申请人: 华侨大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于目的用户加扰的时分能量采集中继安全传输方案,该方案应用于多用户中继网络中,所述多用户中继网络包括信源、中继以及多个目的用户节点,所有节点均为单天线,其中中继为无源节点;其特征在于,所述传输方案包括:在第一时隙,中继将通过能量采集技术接其收到的信源发送的射频信号转化为能量;

在第二时隙,中继从多个目的用户中选择一个信道功率增益最大的目的用户作为合法用户进行服务,剩余未被选中的目的用户作为潜在的窃听用户,信源将有用信息发送给中继,合法目的用户发送加扰信号给中继;

在第三时隙,中继接收到的信号经放大处理后,再利用在第一时隙获得的能量将信号广播给信宿,所述信宿包含所选的合法用户和潜在的窃听用户。

2.如权利要求1所述的基于目的用户加扰的时分能量采集中继安全传输方案,其特征在于,所述传输方案具体包括以下步骤:步骤1,在第一时隙中,中继将接收到的信源的射频信号通过能量采集技术转化为能量,该过程中,中继接收信号的表达式为 其中PS1为第一时隙信源的发送功率,dSR为信源到中继的距离,ρ表示路径损耗因子,hSR为信源至中继的信道参数,XS为单位方差信源信号,nR1表示单位方差的加性白高斯噪声;

步骤2,中继采用可变增益放大转发协议从多个目的用户中选择一个信道功率增益最大的目的用户作为合法用户进行服务,则合法用户表示为 其中U={U1,...,UM},表示为M个目的用户的集合,M为信宿的数量, 表示中继与信宿间信道系数;

剩余未被选中的目的用户作为潜在的窃听用户,则窃听用户表示为 其中 表示中继与潜在窃听用户间信道系数;

步骤3,在第二时隙中,信源将有用信息发送给中继,合法用户发送加扰信号给中继,中继接收信号的表达式为 其中PS2为第二时隙信源的发送功率,PJ为加扰信号的发送功率,dRB为中继到所选合法目的用户的距离,hRB为中继至所选合法目的用户的信道参数,XJ为单位方差加扰信号,nR2表示单位方差的加性白高斯噪声;

定义第二时隙信源发送功率与加扰信号的发送功率之间的关系为PS2=βP和PJ=(1-β)P,其中β为发送功率分配因子,且β≥0,P为信源发送功率,且PS1=PS2+PJ=P;

步骤4,在第一时隙中,中继在第一时隙采集的能量表示为 其中α(0<α<1)表示时间分配因子,η表示进行无线能量采集时的能量转换效率因子,T表示三个时隙传输的总时长;并且,第一时隙中继采集的能量全部用于第三时隙的信息传输;

步骤5,在第三时隙中,当信号用于能量采集之后,且中继处于半双工的工作模式下,中继的发送功率表示为 所以中继的发送功率为步骤6,在第三时隙中,中继将接收到的信号广播给信宿,则信宿接收信号表达式为其中i为信宿节点的数量, 为中继到信宿之间的距离, 为中继至信宿之间的信道参数,中继采用可变增益放大转发信息,则:中继放大因子为 所以信宿接收信号表

达式化为:

其中nR和 均表示单位方差的加性白高斯噪声,nR1=nR2=nR;

所选合法用户的接收信号表达式

为:

所选合法用户的接收信噪比为:

潜在窃听用户接收信号表达式为:

其中 为中继到潜在窃听用户之间的距离, 表示单位方差的加性白高斯噪声;

窃听用户的接收信号表达式为:

其中dRε为中继到窃听用户之间的距离,hRε表示中继与窃听用户间信道系数。

窃听用户的接收信噪比为:

其中 d=|hRε|2PR,中继将按照以

上发送功率和信噪比接收到的信号广播给信宿。

3.如权利要求2所述的基于目的用户加扰的时分能量采集中继安全传输方案,其特征+在于:在所述传输方案的第三时隙中,系统的瞬时安全速率表示为CS=[CB-Cε] ,其中[a]+表示max(a,0),可得基于瞬时安全速率的系统安全吞吐量为τ=(1-α)CS;

将各个系数代入系统安全吞吐量的表达式可得:其中:

其中γSR=|hSR|2,γRB=|hRB|2,γRε=|hRε|2。

4.如权利要求3所述的基于目的用户加扰的时分能量采集中继安全传输方案,其特征在于:基于一次瞬时信道参数环境下,所述系统安全吞吐量中安全吞吐量取得的最优值以及所对应的α值以及β值的计算流程如下:第一步、初始化,设置α的区间为[0,1],β的区间为[0,1];

第二步、令Δα=0.001,Δβ=0.001左区间αmin=0,βmin=0右区间αmax=1,βmax=1,循环次数αk=0,βk=0,阈值ò=0.001,带入所述系统安全吞吐量的表达式可得安全吞吐量的表达式为:其数值微分绝对值的形式分别为 和

第三步、给定变量β初始值为0.2;

第四步、当 时,若 则得到αmin=αm,若 则得到αmax=αm;再令 αk=αk+1,得α=αm;

第五步、当 时,若 则得到βmin=βm,若 则得到βmax=βm,再令 及βk=βk+1,得β=βm;

第六步、输出:α、β和τ(α,β)。