[发明专利]一种认知无线电网络的资源分配算法

说明书

本发明公开一种具有能量收集功能的认知无线电网络中的安全通信资源分配算法，其模型是一个多用户多输入单输出(MISO)模型，在次用户发送端引入人工噪声和能量信号，次用户接收端能够进行能量收集，既能提高能量转移效率又能保障通信安全。资源分配算法被描述成一个非凸的二次约束二次规划问题，通过半定松弛技术、S‑Procedure定理将其转换成半定规划问题，进行求解。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及基于凸优化方法的具有能量收集功能的认知无线电网络在保证安全通信前提下的资源分配领域。

背景技术

目前给移动通信设备供电的电池容量有限，因此，移动设备的寿命仍然是无线通信业务发展的瓶颈。具有能量收集功能的通信设备被认为是为能量受限的通信系统提供自我可持续发展的一个很有前途的替代。水力、太阳能、风力是用于能量收集的主要传统能源，然而，这些天然能源的可用性通常会受到位置或气候的限制，并且在室内环境中使用也有困难。另一方面，电磁辐射的射频(RF)也是一个可行的能源。更重要的是，无线能量收集技术可以实现无线信息和能量同时转移。然而，这项新技术也带来了系统资源分配算法的新挑战。事实上，由于无线介质的广播特性，安全是无线通信系统的一个基本问题。传统上，通信的安全性依赖于在应用层加密。然而，常用的加密算法都是基于窃听用户计算能力有限的假设。此外，这些算法假设密钥分配和管理是完美的，这在无线网络中有可能不能实现。因此，近年来大量的研究工作一直致力于信息理论物理(PHY)层安全，作为密码加密的一种替代或补充。物理层安全的原则是利用无线衰落信道的物理特性提供完美的保密通信。

发明内容

本发明的目的在于解决认知无线电网络中多用户多输入单输出(MISO)的安全通信资源分配问题。

为实现上述目的，本发明认知无线电网络的资源分配算法具体步骤包括：

步骤1、次用户发送端加入人工噪声和能量信号，x＝ws+w_E+v，其中为携带信息的信号，为对应于目的接收端的波束形成向量，为人工噪声，w_E为能量信号；次用户目的接收端SU_Rx、空闲次用户接收端SU_Idle、主用户接收端PU_Rx、窃听用户Eve的接收信号分别为计算出各个节点的接收信噪比，其中，为SU_Tx的发射信号；h_s，g_k，h_p，分别为SU_Tx与SU_Rx、SU_Idle、PU_Rx及Eve之间的信道向量；z_a、z_a,k、z_p和z_e,j分别为次用户目的接收端、空闲次用户接收端、主用户接收端和窃听用户接收端的热噪声，假设他们都是均值为0、方差为的加性高斯白噪声；次用户发送端和第k个空闲次用户接收端之间的信道用下面的式子表示：

其中是次用户发送端对与空闲此用户的信道增益的估计值，Δg_k代表空闲次用户接收端由于信道缓慢时变导致的不确定性；次用户发送端和次用户目的接收端的信道容量表示为：

其中，Γ^IC是次用户目的接收端收到的信噪比，是接收端进行信号处理产生的噪声，次用户发送端和第k个空闲次用户接收端的信道容量表示为：

其中，ρ_k和分别表示第k个空闲次用户接收端的功率分配比和接受信噪比，是关于ρ_k的单调递增函数，式(5)含义是第k个空闲次用户放弃了能量收集，把接收到的全部功率都用来窃听；

次用户发送端和第k个窃听用户间的信道容量表示为：