[发明专利]一种多用户中继网络下行链路协作物理层隐私保护方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种多用户中继网络下行链路协作物理层隐私保护方法。

背景技术

多用户中继系统广泛存在于LTE-A和5G网络中，然而由于无线媒体的开放性，多用户中继系统很容易受到窃听者的攻击。发送给合法用户的信号，也可以被其他用户所接收，这时未被调度的用户就表现为潜在的窃听者，带来安全隐患。针对此类问题，以往大都采用密码学加密技术，为每个用户分配不同的秘钥，依靠秘钥的高破译复杂度来保障合法用户信息的私密性。然而，随着高性能计算机的快速发展，这种依赖于计算安全的加密技术受到越来越大的挑战。物理层安全技术由于能够利用无线信道的特性，提供不依赖于计算的安全保障，同时实现灵活、精细及多样化的安全配置受到了越来越多的关注。

目前针对多用户中继系统已有文献提出了一些基于物理层安全的传输技术，包括波束成型，功率控制和协作干扰等。其中一种基于多用户的协作干扰技术(MUCJ)在保障安全方面具有显著效果，同时具有较低的实现复杂度。但是此方案也存在问题，它所保障的安全严重依赖于用户间信道信息的安全性，在某些情况下，当窃听者得知用户间信道信息时，此方案无法保障合法用户接收信息的私密性。例如，在蜂窝网络中，基站与合法用户往往需要握手过程来建立通信，窃听者可以利用合法用户在这个过程中发送的导频信号估计出用户间信道信息。因此，提出一种更加可靠的、不依赖于信道信息安全性的协作传输方法，保障多用户中继网络下行链路的信息传输安全具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种多用户中继网络下行链路协作物理层隐私保护方法，该方法能够保证多用户中继网络下行链路的信息传输安全。

为达到上述目的，本发明所述的多用户中继网络下行链路协作物理层隐私保护方法中多用户中继网络包含源节点S、中继节点R及N个用户节点U_j，其中，j＝1,…,N，源节点S与各用户节点之间均不存在直达链路，第i个用户节点处的接收机加性噪声为n_i，噪声功率为N₀，所有用户节点的发射功率为P，多用户中继网络工作于时分双工模式下，每个调度单元内的信息传输包括以下步骤：

1)选取合法用户节点及协作用户节点源节点S及合法用户节点分别向中继节点R发送信息符号x_S及工噪声信号同时协作用户节点向中继节点R发送人工噪声信号

2)中继节点R接收合法用户节点协作用户节点及源节点S发送过来的混合信号y_R，并将所述混合信号y_R进行放大，再转发给所有用户节点，同时协作用户节点发送人工噪声信号

3)合法用户节点接收中继节点R及协作用户节点发送过来的信号，再根据接收到的信号进行自干扰消除，得用于符号检测的充分统计量然后根据用于符号检测的充分统计量估计信息符号x_S，实现多用户中继网络下行链路协作物理层隐私保护。

根据调度准则选取合法用户节点及协作用户节点其中，调度准则为：

其中，ρ_Rm为中继节点R与合法用户节点之间的瞬时信道增益，ρ_Rk为中继节点R与协作用户节点之间的瞬时信道增益。

中继节点R接收到的混合信号y_R为：

其中，n_R为中继节点R的加性噪声。

中继节点R将收到的混合信号y_R进行放大，然后转发给所有用户节点，其中，中继节点R向所有用户节点转发的信号S_R＝αy_R，其中，α为功率归一化系数，h_SR为源节点S到中继节点R之间的信道系数，为中继节点R到合法用户节点之间的信道系数，为中继节点R到协作用户节点之间的信道系数。

步骤2)中协作用户节点发送的人工噪声为：

其中，为协作用户节点到合法用户节点之间的信道系数。

步骤3)中合法用户节点接收到的信号为：

其中，表示第个用户节点处的加性噪声。

步骤3)中用于符号检测的充分统计量的表达式为：

本发明具有以下有益效果：