一种不可信中继网络中的最优功率分配方法

摘要

本发明提供了一种不可信中继网络中的最优功率分配方法，首先对两跳半双工中继网络的通信过程进行建模，然后综合考虑系统安全容量和能量效率，在确保总功率一定的前提下，求解最优的功率分配因子，使系统的安全能量效率最大，增大功率受限的两跳半双工网络的安全能量效率。本发明考虑了能量效率，能够在总功率受限的条件下最大化安全能量效率，并尽量保护用户信息免受不可信中继节点的破解。本发明通过泰勒展开式简化了计算过程，且使用展开式第一项带来的估计误差不超过1％，可忽略不计。

主权项

一种不可信中继网络中的最优功率分配方法，其特征在于包括下述步骤：步骤一，在一个具有三个节点的两跳半双工中继网络中，第一个时隙，中继节点R接收到信号其中，P_S和P_D分别表示源节点S和目的节点D的发射功率，h_SR和h_DR分别为源节点S到中继节点R和目的节点D到R的信道增益，n_R表示中继节点R处的加性高斯白噪声，加性高斯白噪声的噪声功率谱密度为N₀；假设源节点S和目的节点D发送的总功率为P，α∈[0,1]表示功率分配因子，则S发送的功率为αP，D发送的功率为(1‑α)P；令γ_SR和γ_DR分别表示源节点S到中继节点R和目的节点D到R的等效信噪比SNR，其中γ_SR＝||h_SR||²P/N₀，γ_DR＝||h_DR||²P/N₀，则中继节点R处的瞬时信干噪比SINR表示为其中，μ＝γ_SR/γ_DR，λ＝1/γ_DR；步骤二，在第二个时隙，中继节点R将接收到的信号放大β倍后转发给目的节点D，则中继节点R发送的信号两个时隙均以相同功率P传输信号，将z_R归一化为||z_R||²＝P，则目的节点D接收到的信号其中，n_D是目的节点D处的加性高斯白噪声，其噪声功率谱密度与中继节点R处的噪声功率谱密度相同，为N₀；目的节点D处的瞬时SINR表示为步骤三，定义总功耗为源节点和目的节点消耗的发射功率和电路损耗之和，则总功耗其中，η_S和η_D分别表示源节点S和目的节点D的功率放大效率，P_S^c和P_D^c分别表示源节点S和目的节点D的电路损耗；定义系统的安全容量定义安全能量效率EE(α)为安全容量与总功耗之比，即步骤四，求解g₆α⁶+g₅α⁵+g₄α⁴+g₃α³+g₂α²+g₁α+g₀＝0的根，其中，g₆＝(η_D‑η_S)(2λ₁²λ₂²+2λ₁λ₂⁴)g₅＝(η_D‑η_S)(15λ₁λ₂³+10λ₁λ₂²+3λ₁²λ₂‑5λ₁²λ₂²‑λ₁λ₂⁴+2λ₂⁴)g₄＝(η_D‑η_S)(18λ₁λ₂+18λ₂³+12λ₂²)+(15η_D‑13η_S)λ₁λ₂²‑(3η_D‑2η_S)(3λ₁²λ₂)+η_S(λ₁λ₂⁴‑2λ₂⁴)g₃＝(η_D‑η_S)(4λ₁+24λ₂)‑(η_D+η_S)(2λ₁²)‑6η_D(λ₁λ₂+λ₂²)+(6η_D‑3η_S)λ₁²λ₂‑(12η_D‑17η_S)λ₁λ₂²+(24η_D‑20η_S)λ₂²+η_S(λ₁²λ₂²+3λ₁λ₂³+4λ₂⁴)g₂＝η_S(18λ₁λ₂+6λ₁λ₂²+18λ₂³‑12λ₁‑8)+2(η_D+2η_S)λ₁²‑2(5η_D+η_S)λ₂²+8η_Dg₁＝η_S(34λ₂²‑2λ₁²+24λ₁‑8)g₀＝η_S(24λ₂‑8λ₁+16)μ＝γ_SR/γ_DRλ₁＝μ+μγ_DR‑1λ₂＝μ‑1得到最优的功率分配因子α_opt，使安全能量效率EE(α)最大。