[发明专利]一种基于协作通信的高安全能量效率的信息传输方法

说明书

本发明公开了一种基于协作通信的高安全能量效率的信息传输方法，包括以下步骤：主用户的发射端以主用户的最优发射功率P_s^*、主用户的最优安全能量效率ξ^*及主用户的最大安全传输速率U_P进行信息的发射，主用户的接收端及最优次级用户的接收端进行信息的接收，最优次级用户的发射端以最优次级用户的最优发射功率P_r^*进行转发，主用户将最优次级用户的发射端发射过来的信息与主用户的发射端发射过来的信息进行合并，并将合并后的信息作为主用户最终的接收信息；最优次级用户获取接入频谱，然后利用接入频谱以最优次级用户的最大传输速率U_si进行信号的传输，该信息传输方法能够有效的提高主用户的能量效率，延长认知无线电网络的生命周期。

技术领域

本发明属于认知无线网络的物理层安全技术领域，涉及一种基于协作通信的高安全能量效率的信息传输方法。

背景技术

认知无线电网络作为一个能够有效提升网络频谱利用效率的关键技术近几年已经引起了极大的关注。与其他网络类似，安全问题也是认知无线电网络中的一个关键问题。传统安全方案是在网络层通过公私密钥对数据进行加密，往往以复杂度换取安全性，并且在实际网络部署中密钥的分发管理也存在很多问题。因此，作为上层加密方法的一种补充，物理层安全技术近几年得到了国内外的广泛关注。回顾物理层安全技术的发展历程，首先是香农在他的保密系统的通信理论中证明了存在最优的保密通信系统，这种系统应当采取一字一密的方式进行加密。接着Wyner进一步引入了窃听信道模型，证明了当窃听信道是合法信道的退化信道时，就存在不泄露给窃听者任何信息的保密方法。可是，当合法接收者的信道条件比窃听者的信道条件还差时，安全通信就不能得到保证。为了克服该问题，利用协作通信的特点及其优势，有研究人员开始对各种中继窃听信道模型进行了研究，研究表明可以通过中继选择、中继波束成形等技术获得最大的私密容量。可是，尽管中继节点可以帮助源节点转发信号从而提高源节点的安全，但是实际中节点可能都是自私的，如果节点不能够从协作通信中获得收益，它可能不愿意消耗功率帮助源节点转发信号。所以针对该问题Keonkook基于频谱租赁的概念，提出了一个新的协作方案，具有多根天线的次级用户通过预编码处理之后可以与主用户同时传输数据，但是对预编码处理的要求是，它要尽可能对窃听者造成大的干扰的而对合法接收者造成小的干扰，利用干扰来保障主用户的安全。另一方面由于中继通信的技术优势，有学者将频谱租赁的方法引入到了认知中继网络中，主用户发射机可以从若干次级用户中选择一个作为中继节点，再选择一个次级用户作为干扰机，以此来提高主用户的安全性。这些基于协作通信技术方案的缺点是，次级用户发射机只能被动的接受主用户发射机给予它的传输速率，而不能主动参与到决策中。

为了克服上述问题，利用斯塔克伯格博弈论来建模主次用户的博弈，已经有学者考虑了存在一个主用户对，N对次级用户对的认知无线电网络场景，当存在窃听者试图窃听主用户的信息，为了保障主用户的安全通信，主用户从N对次级用户中选择一个作为中继来提高主用户的安全，作为回报主用户给予次级用户接入频谱的机会，该方案使用了斯塔克伯格博弈论来建模主用户与次级用户的博弈过程，最终主用户与次级用户通过博弈可以得到纳什均衡点，从而获得各自最大的收益。

但是上述方案存在的一个问题是，因为在认知无线电网络下主用户的安全通信通常都受到能量效率有限的制约，所以能量效率对于延长主用户的生命周期具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于协作通信的高安全能量效率的信息传输方法，该信息传输方法能够有效的提高主用户的能量效率，延长认知无线电网络的生命周期。

为达到上述目的，本发明所述的基于协作通信的高安全能量效率的信息传输方法包括以下步骤：