一种MUP2P无线中继系统中单对保密用户鲁棒性安全传输方法技术方案

本发明专利技术公开了一种MUP2P无线中继系统中单对保密用户鲁棒性安全传输方法，该方法为：首先建立多用户点对点无线中继系统的窃听信道模型，在出现信道状态信息误差情况时，采用球形误差模型刻画了CSI误差，构建非理想的CSI情况下鲁棒性安全传输方案的最优化问题为在给定的球形误差邻域内最大化系统的保密速率，同时每一个目标节点的最低接收SINR和所有中继节点总功率满足一定的约束；然后将最优化问题进行离散化；最后利用半定松弛技术和二分搜索方法，对每一个离散化的问题进行求解，通过迭代最终得到有效解。本发明专利技术降低了CSI误差造成的性能损失，提高了多用户点对点无线中继系统的物理层安全性能。的物理层安全性能。的物理层安全性能。

【技术实现步骤摘要】
一种MUP2P无线中继系统中单对保密用户鲁棒性安全传输方法


[0001]本专利技术涉及信息通信网络
，特别是一种MUP2P无线中继系统中单对保密用户鲁棒性安全传输方法。

技术介绍

[0002]随着无线中继网络技术的发展，充分利用无线物理层资源提高通信效益，通过中继节点之间相互协作来提升系统的安全传输性能的方法越来越受到人们的关注。相关研究主要以信息论安全为基础设计实际的安全传输方案。
[0003]在无线通信技术的应用中，多个源节点和多个目标节点通过多个中继进行通信的场景也已经普遍存在。多用户点对点(Multiuser peer
‑
to
‑
peer，MUP2P)无线中继通信可以显著的提高系统的频谱效率，引起了越来越多的研究者去关注。在多用户点对点无线中继通信系统中，多对用户通过多个中继在两个时隙内进行通信，所有的源节点首先向中继节点发送信号，然后中继节点把处理后的信号发送给对应的目标节点，目标节点获得对应源节点的信息。
[0004]由于无线信道的开放性，增强多用户点对点无线协同中继系统的物理层安全性能迫在眉睫。另外，对于多用户的通信场景，用户间的干扰也会对系统的安全传输性能产生积极的影响，因此，如何提高多用户点对点中继通信系统的物理层安全传输性能是需要解决的关键问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种能够降低CSI误差造成的性能损失、提高系统的物理层安全性能的MUP2P无线中继系统中单对保密用户鲁棒性安全传输方法。
[0006]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种MUP2P无线中继系统中单对保密用户鲁棒性安全传输方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1、建立多用户点对点无线中继系统的窃听信道模型，在出现信道状态信息误差情况时，采用球形误差模型刻画CSI误差，构建非理想的CSI情况下鲁棒性安全传输方案的最优化问题为：在给定的球形误差邻域内最大化系统的保密速率，同时每一个目标节点的最低接收SINR和所有中继节点总功率满足设定的约束；
[0008]步骤2、将步骤1构建的最优化问题进行离散化；
[0009]步骤3、利用半定松弛技术和二分搜索方法，对每一个离散化的问题进行求解，通过迭代最终得到有效解。
[0010]本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：(1)针对一个源节点向其对应的目标节点发送的信息需要保密，其它源节点的信息不需要保密情况下的多用户点对点通信的无线中继通信场景，减少了CSI误差造成的系统安全性能损失；(2)提高了系统的物理层安全性能。
附图说明
[0011]图1是本专利技术方法中MUP2P无线中继系统的窃听信道模型示意图。
具体实施方式
[0012]下面结合附图和具体实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明。
[0013]结合图1，本专利技术一种MUP2P无线中继系统中单对保密用户鲁棒性安全传输方法，包括以下步骤：
[0014]步骤1、建立多用户点对点无线中继系统的窃听信道模型，在出现信道状态信息误差情况时，采用球形误差模型刻画CSI误差，构建非理想的CSI情况下鲁棒性安全传输方案的最优化问题为：在给定的球形误差邻域内最大化系统的保密速率，同时每一个目标节点的最低接收SINR和所有中继节点总功率满足设定的约束；
[0015]步骤2、将步骤1构建的最优化问题进行离散化；
[0016]步骤3、利用半定松弛技术和二分搜索方法，对每一个离散化的问题进行求解，通过迭代最终得到有效解。
[0017]作为一种具体实施方式，步骤1所述的建立多用户点对点无线中继系统的窃听信道模型，在出现信道状态信息误差情况时，采用球形误差模型刻画CSI误差，构建非理想的CSI情况下鲁棒性安全传输方案的最优化问题，具体如下：
[0018]步骤1.1、建立多用户点对点无线中继系统的窃听信道模型；
[0019]步骤1.2、根据信号的两个传输阶段，计算中继节点、目标节点和窃听节点时的接收信号；
[0020]步骤1.3、计算中继节点发送信号的总功率约束；
[0021]步骤1.4、根据目标节点和窃听节点的接收SINR，得出保密用户的保密容量；
[0022]步骤1.5、在出现信道状态信息误差情况时，对所有中继节点到所有目标节点以及窃听节点的CSI误差建立CSI误差模型；
[0023]步骤1.6、构建非理想的CSI情况下鲁棒性安全传输方案的最优化问题。
[0024]作为一种具体实施方式，步骤1.1所述建立多用户点对点无线中继系统的窃听信道模型，结合图1，具体如下：
[0025]建立多用户点对点无线中继系统的窃听信道模型，其由N个源节点{S1,
…
,S
N
}、L个中继节点{R1,
…
,R
L
}、N个目标节点{D1,
…
,D
N
}和一个窃听节点E组成；所有节点均配置单根天线，采用半双工模式；中继节点数L＞1，用户数N＞1；源节点是保密用户，需要发送保密信息给对应的目标节点除了源节点发送的信息需要保密外，其它源节点发送的信息都是非保密的；由于距离太远，所有源节点到所有目标节点和窃听节点之间没有直接的通信链路，即所有目标节点和窃听节点不在所有源节点的信号覆盖范围内；所有源节点的信息需要经过两个阶段的传输发送给对应的目标节点；
[0026]使用表示从源节点到中继节点的信道增益，其中，表示第i个源节点到中继节点的信道增益，使用表示从中继节点到第n个目标节点的信道增益，使用表示从中继节点到窃听节点的信道
增益，所有信道增益中的每一个元素为独立同分布的复高斯随机变量。
[0027]作为一种具体实施方式，步骤1.2所述根据信号的两个传输阶段，计算中继节点、目标节点和窃听节点时的接收信号，具体如下：
[0028]在第一个传输阶段，N个源节点向中继节点发送信号，则中继节点的接收信号x
r
＝(x
r,1
,
···
,x
r,L
)
T
为：
[0029][0030]其中，s
i
表示第i个源节点的发送信号，仅为保密信号，s＝(s1,
···
,s
N
)
T
，归一化为P
i
表示第i个源节点的发送功率，表示协方差矩阵为的零均值高斯白噪声矢量，I
L
是L
×
L维的单位矩阵；
[0031]在第二个传输阶段，所有中继节点放大转发从源节点接收到的信号给目标节点，第n个目标节点的接收的信号y
n
为：
[0032][0033]其中，表示波束成形矩阵，w
l
表示第l个中继节点的复的波束成形权重，是方差为的零均值高斯白噪声；设定所有目标节点都采用单用户检测，那么，在每一个目标节点处的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MUP2P无线中继系统中单对保密用户鲁棒性安全传输方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、建立多用户点对点无线中继系统的窃听信道模型，在出现信道状态信息误差情况时，采用球形误差模型刻画CSI误差，构建非理想的CSI情况下鲁棒性安全传输方案的最优化问题为：在给定的球形误差邻域内最大化系统的保密速率，同时每一个目标节点的最低接收SINR和所有中继节点总功率满足设定的约束；步骤2、将步骤1构建的最优化问题进行离散化；步骤3、利用半定松弛技术和二分搜索方法，对每一个离散化的问题进行求解，通过迭代最终得到有效解。2.根据权利要求1所述的MUP2P无线中继系统中单对保密用户鲁棒性安全传输方法，其特征在于，步骤1所述的建立多用户点对点无线中继系统的窃听信道模型，在出现信道状态信息误差情况时，采用球形误差模型刻画CSI误差，构建非理想的CSI情况下鲁棒性安全传输方案的最优化问题，具体如下：步骤1.1、建立多用户点对点无线中继系统的窃听信道模型；步骤1.2、根据信号的两个传输阶段，计算中继节点、目标节点和窃听节点时的接收信号；步骤1.3、计算中继节点发送信号的总功率约束；步骤1.4、根据目标节点和窃听节点的接收SINR，得出保密用户的保密容量；步骤1.5、在出现信道状态信息误差情况时，对所有中继节点到所有目标节点以及窃听节点的CSI误差建立CSI误差模型；步骤1.6、构建非理想的CSI情况下鲁棒性安全传输方案的最优化问题。3.根据权利要去2所述的MUP2P无线中继系统中单对保密用户鲁棒性安全传输方法，其特征在于，步骤1.1所述的建立多用户点对点无线中继系统的窃听信道模型，具体如下：建立多用户点对点无线中继系统的窃听信道模型，其由N个源节点{S1,
…
,S
N
}、L个中继节点{R1,
…
,R
L
}、N个目标节点{D1,
…
,D
N
}和一个窃听节点E组成；所有节点均配置单根天线，采用半双工模式；中继节点数L＞1，用户数N＞1；源节点是保密用户，需要发送保密信息给对应的目标节点除了源节点发送的信息需要保密外，其它源节点发送的信息都是非保密的；所有源节点到所有目标节点和窃听节点之间没有直接的通信链路，即所有目标节点和窃听节点不在所有源节点的信号覆盖范围内；所有源节点的信息需要经过两个阶段的传输发送给对应的目标节点；使用表示从源节点到中继节点的信道增益，其中，表示第i个源节点到中继节点的信道增益；使用表示从中继节点到第n个目标节点的信道增益；使用表示从中继节点到窃听节点的信道增益，所有信道增益中的每一个元素为独立同分布的复高斯随机变量。4.根据权利要去3所述的MUP2P无线中继系统中单对保密用户鲁棒性安全传输方法，其特征在于，步骤1.2所述的根据信号的两个传输阶段，计算中继节点、目标节点和窃听节点
时的接收信号，具体如下：在第一个传输阶段，N个源节点向中继节点发送信号，则中继节点的接收信号x
r
＝(x
r,1
,
···
,x
r,L
)
T
为：其中，s
i
表示第i个源节点的发送信号，仅为保密信号，s＝(s1,
···
,s
N
)
T
，归一化为P
i
表示第i个源节点的发送功率，表示协方差矩阵为的零均值高斯白噪声矢量，I
L
是L
×
L维的单位矩阵；在第二个传输阶段，所有中继节点放大转发从源节点接收到的信号给目标节点，第n个目标节点的接收的信号y
n
为：其中，表示波束成形矩阵，w
l
表示第l个中继节点的复的波束成形权重，是方差为的零均值高斯白噪声；设定所有目标节点都采用单用户检测，则在每一个目标节点处的共道干扰被看作噪声；窃听节点试图截获第n
*
对用户的信息，则接收到的信号y
e
为：其中，为方差为的零均值高斯白噪声。5.根据权利要去4所述的MUP2P无线中继系统中单对保密用户鲁棒性安全传输方法，其特征在于，步骤1.3所述的计算中继节点发送信号的总功率约束，具体如下：中继节点发送的信号W
b
x
r
应该满足如下的总功率约束：其中，w＝(w1,
…
,w
L
)
T
，P
tot
表示总的功率约束值。6.根据权利要去5所述的MUP2P无线中继系统中单对保密用户鲁棒性安全传输方法，其特征在于，步骤1.4所述的根据目标节点和窃听节点的接收SINR，得出保密用户的保密容量，具体如下：利用式(2)，第n个目标节点的接收SINR表示为：其中，
⊙
表示Hardmard乘积，根据式(3)，窃听节点试图得到有关的信息，则窃听节点的接收SINR表示为：
其中，对于每一个目标节点，信道模型等价于单输入单输出模型，那么，第n
*
对保密用户的保密容量表...

【专利技术属性】
技术研发人员：巩向武，任保全，李洪钧，钟旭东，董楠楠，吕嘉正，
申请(专利权)人：军事科学院系统工程研究院系统总体研究所，
类型：发明
国别省市：