[发明专利]一种信源中继联合发送天线选择的安全传输方法

摘要

本发明一种信源中继联合发送天线选择的安全传输方法，第一时隙，信源获取并依据来自中继的信道状态信息选择一根能使中继接收信噪比最大的天线广播保密信号，其他三个节点采用最大比合并接收信号；第二时隙，中继采用自适应解码转发协议，当中继能正确解码，中继获取并依据来自信宿的信道状态信息选择一根能使信宿接收信噪比最大的天线转发保密信号；当中继无法正确解码时，信源获取并依据来自信宿的信道状态信息选择一根能使信宿接收信噪比最大的天线重发第一时隙的保密信号，信宿和中继采用最大比合并接收信号，本发明利用发送天线选择技术来最大化中继或信宿的接收信噪比，降低窃听者的接收信噪比，实现复杂度较低，安全性较高。

主权项

1.一种信源中继联合发送天线选择的安全传输方法，其特征在于：信源、信宿、中继和窃听者四个通信节点都配置多根天线，并且该窃听者是被动的，即不会主动向其他节点发送信号，其他节点也无法获知窃听信道的信道状态信息，分两个时隙完成安全传输，第一时隙，信源获取来自中继的信道状态信息，并依据该信息选择一根能够使中继接收信噪比最大的天线广播保密信号，其他三个节点采用最大比合并接收信号；第二时隙，中继采用自适应解码转发协议，当中继能够正确进行解码，中继获取来自信宿的信道状态信息，并依据该信息选择一根能够使信宿接收信噪比最大的天线转发保密信号；当中继无法正确进行解码时，信源获取来自信宿的信道状态信息，并依据该信息选择一根能够使信宿接收信噪比最大的天线重发第一时隙的保密信号，信宿和中继采用最大比合并接收信号；NS、ND、NR和NE分别代表信源、信宿、可信中继和窃听者的天线根数，具体包括如下步骤：步骤1、第一时隙，信源获取中继反馈的信道状态信息，并依据该信道状态信息选择一根能够使中继接收信噪比最大的天线，并将该天线记为其中，信源任一天线到中继的信道系数为h_iR，h_iR为1×N_R向量且满足每一子信道的信道功率增益d_SR为信源到中继的欧几里得距离，n为路径损耗指数，||·||表示对向量求2‑范数；信源以天线i*广播保密信号，中继、信宿和窃听者采用最大比合并接收信号，接收的信号分别表示为：其中，P表示信源的发送功率，上标H表示对矩阵求共轭转置，需要注意的是中继、信宿和窃听者所接收信号都来自信源的同一根天线，此处“*”用以区分信源到中继是采用发送天线选择策略，下同，h_iD为1×N_D向量，h_iE为1×N_E向量，h_iD和h_iE表示信源任一天线到信宿和窃听者的信道系数且分别满足每一子信道的信道功率增益和d_SD和d_SE分别是信源到信宿和信源到窃听者的欧几里得距离；x表示保密信号，n_iR、n_iD和n_iE分别表示中继、信宿和窃听者接收到的阶数为N_R×1、N_D×1和N_E×1的加性高斯白噪声向量，且噪声均值依次为和E[·]表示求均值，I_N表示N阶单位向量，噪声方差依次为和步骤2、第二时隙，中继采用自适应解码转发协议，当中继的接收互信息大于等于一个给定阈值Rth时，认为中继能够正确解码转发信源信息；步骤3、当中继能够正确解码转发时，中继获取来自信宿反馈的信道状态信息，并依据该信息选择一根能够使信宿接收信噪比最大的天线，并将该发送天线记为其中，中继任一天线到信宿的信道系数为g_jD，g_jD为1×N_D向量且满足每一子信道的信道功率增益d_RD为中继到信宿的欧几里得距离，n为路径损耗指数，||·||表示对向量求2‑范数；中继以天线j*转发保密信号，信宿和窃听者采用最大比合并接收信号，并分别表示为：其中，g_jE为1×N_E向量，和g_jE分别为中继用于发送的天线到信宿和窃听者的信道系数且分别满足每一子信道的信道功率增益和d_RD和d_RE分别是中继到信宿和中继到窃听者的欧几里得距离，“*”的含义同上，x表示保密信号，n_jD和n_jE分别表示信宿和窃听者接收到的阶数为N_D×1和N_E×1的加性高斯白噪声向量，且噪声均值依次为和噪声方差依次为和步骤4、当中继无法对来自信源的保密信号进行正确解码时，信源获取信宿反馈的信道状态信息，并依据该信息选择一根能够使信宿接收信噪比最大的天线，并将该天线记为其中，信源任一天线到信宿的信道系数为h_kD，h_kD为1×N_D向量且满足每一子信道的信道功率增益d_SR为信源到中继的欧几里得距离；信源以天线k*重复发送第一时隙的保密信号，此时信宿和窃听者采用最大比合并这一时隙的接收信号，并分别表示为：其中，h_kE为1×N_E向量，和h_kE分别为信源用于发送的天线到信宿和窃听者的信道系数且分别满足每一子信道的信道功率增益和“*”的含义同上，x表示保密信号，n_kD和n_kE分别表示信宿和窃听者接收到的阶数为N_D×1和N_E×1的加性高斯白噪声向量，且噪声均值依次为和噪声方差依次为和。