[发明专利]基于分层调制的无线中继安全转发方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种基于分层调制的无 线中继安全转发方法。

背景技术

在无线通信过程中，由于设备的发射功率和带宽有限，以及信道 质量会随时间变化，有时基站发送的信号不能直接被用户解码。为解 决该问题，通常利用中继来帮助基站将数据转发给用户，即如果基站 到用户之间的信道质量较差而基站到中继且中继到用户之间的信道 质量较好，则基站可以通过经由中继的发送路径传输数据给用户，用 户可以对基站和中继发送来的信号进行合并解码。常见的中继协同通 信方案有放大转发(AF，Amplify-and-Forward)、解码转发(DF， Decode-and-Forward)等。放大转发(AF)是中继直接放大并转发从基站 接收到的信号，也就是说，中继只是一个简单的放大器，对输入的信 号只进行线性处理：中继接收并放大来自基站的带有噪声的信号，并 将已放大的带有噪声的基站信号发送给用户；用户对基站和中继发送 来的信号进行合并解码。解码转发(DF)是中继先对接收到的基站信号 进行解码，并按照原来的编码方式或新的编码方式将编码后的再生符 号信息转发给用户；用户对基站和中继发送来的信号进行合并解码。

在无线通信中，所有的通信内容(如移动用户的通话信息、身份 信息、位置信息、数据信息以及移动站与网络控制中心之间的信令信 息等)都是通过无线电波传送的。由于无线电波在空气中传播的广播 特性，无线通信被窃听的可能性大大提高了。传统的防止无线通信被 窃听的方法是使用密钥对无线通信数据进行加密，这样即使窃听者监 听到了无线通信信号，由于窃听者没有密钥无法解密而只能得到一些 乱码。但是，如果被窃听者监听到的信息足够多的话，窃听者还是可 以通过内容分析等方法解密出通信内容。

在放大转发和解码转发中继系统中，无论基站的发射数据是否被 用户成功接收，中继都会向用户转发数据。以解码转发中继为例，中 继采用半双工模式，将单位时间平均分成两个时隙：在第一个时隙中， 基站向中继和用户广播发送数据；在第二个时隙中，中继将收到的信 号进行解码并重新编码转发给用户，而不管用户是否已经成功接收数 据。如果数据已经被用户成功接收，那么此时的中继数据转发将是无 用的，这将增加时延和减少中继传输自身数据的带宽。为了解决该问 题，在增量转发中继系统中，用户将向基站和中继发送反馈消息。如 果用户已经成功接收来自基站的数据，用户将向基站和中继反馈一个 ACK响应，则中继将不再向用户转发数据；如果用户没有成功接收来 自基站的数据，用户将向基站和中继反馈一个NACK响应，则中继将 向用户转发数据。但是，在用户数较多的情况下，接收这些用户反馈 信息将耗费基站和中继大量的系统资源并增加数据传输的时延。

在很多情况下，基站可以通知中继是否需要其帮助转发数据。如 果基站已知每个用户所能支持的最大传输速率，并且基站所选择的数 据发射速率小于所有用户中的最差信道用户所能支持的最大速率，基 站将知道其所广播的数据将能够被所有用户成功接收，则基站通知中 继在下一个时隙中不要转发数据，基站就可以在下一个时隙中广播新 的数据，这样可以减少传输时延。但是如果基站所选择的数据发射速 率大于所有用户中的最差信道用户所能支持的最大速率，基站将知道 其所广播的数据将不能被所有用户成功接收，则基站应通知中继在下 一个时隙中转发数据，以利用中继协同效应提高数据传输的可靠性， 保证所有用户都能接收到广播消息。

如果基站在广播消息中包含一个中继转发标志以通知中继是否 需要其帮助转发消息，并且用户中存在窃听者的话，则窃听者和用户 都将接收到广播消息和中继转发标志，窃听者将能够获知中继设备是 否将在下一个时隙中转发数据。如果中继将转发数据的话，窃听者将 启动针对中继的监听进程，这样就增加了中继转发的数据被窃听者监 听到的可能性。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有技术的缺点，本发明为了解决现有技术中如果中继转发 标志被窃听者监听到，则会增大广播消息被窃听的可能性的问题，提 出了一种基于分层调制的无线中继安全转发方法，以大大减小中继转 发的数据被窃听者监听到的可能性。

(二)技术方案

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：