[发明专利]一种目的用户加扰的功分能量采集中继安全传输方法

权利要求书

1.一种目的用户加扰的功分能量采集中继安全传输方法，该方法应用于多用户中继网络中，所述多用户中继网络包括信源、中继以及多个目的用户节点，所有节点均为单天线，其中中继为无源节点；其特征在于，所述传输方法包括：

在第一时隙，中继从所有目的用户节点中选择一个信道功率增益最大的用户节点作为合法用户进行服务，剩余未被选中的目的用户均作为潜在的窃听用户，信源将有用信息发送给中继，合法用户发送加扰信号给中继，中继节点将接收到信号的部分功率用于能量采集，剩余的另一部分功率用于接收来自信源发送的有用信息和合法用户发送的加扰信号；

在第二时隙，中继接收到的信号经放大处理，并利用采集的所有能量将信号广播给信宿，所述信宿包含合法用户和潜在的窃听用户；

所述传输方法具体包括以下步骤：

步骤1：中继采用可变增益放大转发协议，在第一时隙中，中继从所有目的用户节点中选择一个信道功率增益最大的用户节点作为合法用户进行服务，则合法用户表示为其中U＝{U₁,...,U_M}表示为M个目的用户的集合，表示中继与信宿间信道系数；目的用户中剩余未被选中的用户均作为潜在的窃听用户，则窃听用户表示为其中表示中继与潜在窃听用户间信道系数；

信源将有用信息发送给中继，合法用户发送加扰信号给中继；

步骤2：中继采用基于功率分配的能量采集技术将接收到信号的部分功率用于能量采集，中继在第一时隙采集的能量表示为：

其中η表示进行无线能量采集时的能量转换效率因子，T表示两个时隙传输的总时长，d_SR为信源到中继的距离，d_RB为中继到所选合法用户的距离，m表示路径损耗因子，h_SR为信源至中继的信道参数，h_RB为中继至合法用户的信道参数，ρ表示采集功率分配因子，且0ρ1，P_S为信源的发送功率，P_J为加扰信号的发送功率；

并且，第一时隙中继采集的能量全部用于第二时隙的信息传输，定义信源的发送功率与加扰信号的发送功率之间的关系为P_S＝βP和P_J＝(1-β)P，其中β为发送功率分配因子，且β≥0，P为中继接收到的功率，且P_S+P_J＝P；

步骤3：在第一时隙中，中继节点将接收到信号的另一部分功率用于接收来自信源发送的有用信息和目的和合法用户发送的加扰信号，中继接收信号的表达式为：

其中X_S为单位方差信源信号，X_J为单位方差加扰信号，n_R表示单位方差的加性白高斯噪声；

步骤4：当信号用于能量采集之后，且中继处于半双工的工作模式下，中继的发送功率表示为所以中继的发送功率为

步骤5：在第二时隙中，中继将接收到的信号广播给信宿，信宿接收信号表达式为其中i为信宿节点的数量，为中继到信宿之间的距离，为中继至信宿之间的信道参数，其中采用了可变增益放大转发协议的中继，其放大因子为其中

则信宿接收信号表达式化为：

其中

表示单位方差的加性白高斯噪声；

所选合法用户已知加扰信号，故可消除该信息，则所选合法用户的接收信号表达式为：

所选合法用户的接收信噪比为：

潜在窃听用户的接收信号表达式为：

其中为中继到潜在窃听用户之间的距离，表示中继与潜在窃听用户间信道系数，n_R和均表示单位方差的加性白高斯噪声；

则窃听用户的接收信号表达式为：

其中

窃听用户的接收信噪比为：

根据以上各式进行中继向信宿广播信号。