[发明专利]一种基于门限和最大化安全容量的中继选择方法

说明书

本发明涉及一种基于门限和最大化安全容量准则的中继传输方法。本发明信源节点S传输信号给中继节点，转发到目的节点D，选出通过主链路(S→R_k→D)传输信号，目的节点D的接收信噪比大于某一固定信噪比门限值所对应的中继节点集合，窃听者E也能接收到中继节点放大转发出的信号，在候选的中继节点集合中，得到相应的窃听者E的接收信噪比，利用目的节点D和窃听者E的接收信噪比，求得整个通信系统的安全容量，从候选中继节点集合中选出安全容量最大的那个中继。本发明克服了以往二种方法的各自缺陷。本发明保证主链路通信的可靠性及整个通信系统的安全性，发挥出多中继系统的最佳性能，其信道安全性和可靠性都能兼顾。

技术领域

本发明涉及一种存在窃听者的协作中继系统，属于无线通信技术领域，特别涉及一种基于门限和最大化安全容量的中继选择方法。

背景技术

近些年来，随着全球移动无线通信技术发展飞速，人们对于无线通信传输性能指标的要求会越来越高。然而由于无线信号的多径传输所引起的衰落、移动台的快速移动所引起的多普勒频移以及多个用户同时进行通信所引起的多用户之间的干扰，限制了未来宽带无线通信系统传输速率和可靠性的有效提高。协作中继技术的出现在一定程度上改善无线通信系统的传输性能，它具有扩展无线覆盖区域、实现分集增益提升系统抗干扰性能等优势。协作中继技术利用无线通信的广播特性，多个用户之间相互协作或者使用专用的中继台，构成一个虚拟的分布式天线阵列，获得多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)特性。根据协作通信协议，即中继节点对接收信号的处理方式，可以分为放大前传(amplify and forward，AF)和译码前传(decode and forward，DF)等。为了进一步改善系统的传输性能，联合多个中继节点传输的中继信道能够显著提高协作中继系统的性能，比如中断概率、误码率等。但是，多中继协作系统复杂度高，同时，信源和所有的中继节点必须在正交信道上传输，这又消耗了系统的资源，降低了系统的频谱效率。中继选择通过选出当前传输性能好的中继或中继组合参与传输，能降低多中继系统的复杂度和能耗。

在本发明作出之前，目前应用于多中继系统的中继选择方法并不多，主要有以下两种选择方法，都存在着各自的缺陷。

第一种是基于max-min选择准则的中继选择方法，即在通过第一跳链路(S→R_k)的瞬时信噪比Y_1k与通过第二跳链路(R_k→D)的瞬时信噪比Y_2k之间选出数值更小的瞬时信噪比；然后，再比较各个中继节点选出的瞬时信噪比，找出数值最大的瞬时信噪比，该瞬时信噪比所对应的中继即为选择出的中继。max-min方法能动态保证较差一跳链路的通信质量，并进而提高传输速率；但是并没有开发利用系统最佳的通信路径，其信道传输的可靠性仍然有待提高；同时，由于存在窃听链路，这一方案也没有考虑通信的安全性，传输信号随时都有可能被窃听者截获，因此，其信道传输的安全性需要同时被考虑。

第二种是基于max选择准则的中继选择方法。即在所有中继中选出一个使得通过主链路(S→R_k→D)的传输，目的节点D的接收信噪比最大的中继节点。这种中继选择方法虽然能够保证通信可靠性达到最佳。然而，使得目的节点D的接收信噪比最大的中继节点，同样也可能使得窃听者的接收信噪比最大，从而使得传输信号被窃听者E截获。该方法同样没有保证通信的安全传输。

发明内容

本发明的目的就在于克服上述缺陷，研制一种基于门限和最大化安全容量的中继选择方法。

本发明的技术方案是：

一种基于门限和最大化安全容量的中继选择方法，其步骤依次是：

A、由一个信源节点(S)、多个中继节点(R_k)以及一个目的节点(D)构成两跳协作中继网络，中继节点数为K个，另外，还存在一个窃听者(E)来截获中继网络通信的信号，且所有的节点都配备有一根天线。