[发明专利]基于NOMA的D2D通信物理层安全功率分配方法

说明书

本发明公开了一种基于NOMA的D2D通信物理层安全功率分配方法，属于无线通信技术领域，解决D2D通信在被动窃听下的物理层安全问题，在保证每个D2D用户服务质量的情况下，构建以最大化D2D通信保密率为目标的优化问题。通过优化D2D组发射机DT对DR1及DR2的功率分配，来最大化D2D通信系统的保密率。根据KKT条件，推导出两种情况下的最优功率分配的闭式解，进而通过对比两种情况下的D2D通信系统的保密总速率，得到最终的最优功率分配方法。通过与基于OMA的D2D通信网络的保密率及能量效率对比，所提出的功率分配方法具有更高的保密速率和能量效率。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种基于NOMA的D2D通信物理层安全功率分配方法。

背景技术

随着智能家居、智慧城市、物联网、智能电网等智慧化服务的兴起，未来网络将存在大量配备有限能量的移动终端接入网络。在此背景下，频谱资源的高效利用，能量的有效和重复利用日益受到工业界和学术界的关注。采用正交多址接入(Orthogonal MultipleAccess,OMA)方式的4G无线通信网络接入用户数受限于有限的正交资源，在一定程度上无法满足海量用户的接入。区别于正交多址接入，功率域非正交多址接入(Non-orthogonalmultiple access,NOMA)作为5G关键技术之一，通过功率域来区分不同的用户，允许多个用户共用同一时频资源，具有更高的频谱效率和能量效率。

5G另一关键技术D2D(Device-to-Device)允许两个移动用户之间直接进行通信，无需经过基站或核心网。D2D通信具有如下优势：1)近邻增益，由于绕过基站而减小传输范围从而实现极高的比特率、低延迟和低功耗；2)复用增益，D2D终端与传统蜂窝用户共用同一频谱资源从而提高频谱效率；3)单跳增益，D2D模式下单跳，而不是传统蜂窝模式下的两跳。

研究表明，NOMA技术与D2D通信相结合能够进一步提高频谱效率和能量效率。在安全性方面，D2D通信通常是借助对蜂窝链路的干扰来对抗网络中的窃听者，但D2D链路自身的安全难以保证。将NOMA应用到D2D通信中，又会引入共信道干扰，使得干扰管理更加复杂，在存在窃听者的情况下，对安全性的处理将更加复杂。因此，研究有效的资源分配策略以提高网络的物理层安全具有非常重要的意义。

发明内容

针对由NOMA技术与D2D技术使能的通信网络在被动窃听下的物理层安全问题，提出了一种基于NOMA的D2D通信物理层安全功率分配方法。本方法在保证每个D2D用户服务质量的情况下，建立D2D通信系统的保密速率最大化问题。根据(Karush-Kuhn-Tucker)KKT条件，推导出两种情况下的最优功率分配的闭式解，进而通过对比两种情况下的D2D通信系统的保密速率大小，得到最终的功率分配方法。与基于OMA的D2D通信网络相比，所考虑的基于NOMA的D2D通信网络在所提出的功率分配方法下具有更高的保密速率和能量效率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于NOMA的D2D通信物理层安全功率分配方法，该方法适用于NOMA使能的D2D通信系统，该系统包括一个基站BS、一个蜂窝用户c₁、一个窃听者Eve和一个D2D用户组，该D2D用户组包含1个D2D发送端DT和2个D2D接收端DR₁、DR₂；其中，DR₁到DT的距离远远小于DR2到DT的距离，DR₁为近端用户，具有较强的信道增益，DR₂为远端用户，有较弱的信道增益；D2D发送端DT使用NOMA方案与两个D2D接收端DR₁、DR₂进行通信，窃听者Eve试图窃听D2D发射机DT发射给DR₁和DR₂的信号，基站BS位于小区中心并且使用OMA技术为蜂窝用户c₁服务，D2D组通信复用蜂窝上行链路的频谱资源；

该通信系统的功率分配方法具体包括：