1.一种基于最优天线选择的全双工多天线目的节点干扰传输方法,应用在包括信源S、中继R和目的端D三个节点的无线通信系统中,所述中继为非可信中继;其特征在于,所述目的节点配置N根天线且工作于全双工模式下,且目的节点的收发天线随机分配,其余节点配置单根天线,所述无线通信系统信息的传输过程分为两个时隙完成,所述全双工多天线目的节点干扰传输方法包括:目的端获知信源端和中继端发送的导频信息,根据导频信息估计信道,获取信道状态信息;
目的端利用信道状态信息,从目的端配置的N根天线中选出一组系统安全容量最大的收发天线;
第一时隙中,信源发送信息给中继和目的端,目的端接收信源信息同时向中继发送干扰信号;
第二时隙中,中继采用放大转发协议将第一时隙内接收的信号放大后转发至目的端,目的端进行自干扰消除;
目的端将第一时隙和第二时隙接收到的信息进行最大比合并,并计算最大系统安全容量;
根据最大系统安全容量,获取最优功率分配因子。
2.根据权利要求1所述的基于最优天线选择的全双工多天线目的节点干扰传输方法,其特征在于,所述两个时隙的每个时隙总功率为P,信源发送信息的功率为PS=αP,目的端发送干扰信号的功率为PD=(1-α)P,其中α∈(0,1)为功率分配因子,中继发送功率为PR=P。
3.根据权利要求2所述的基于最优天线选择的全双工多天线目的节点干扰传输方法,其特征在于,所述目的端利用信道状态信息,从目的端配置的N根天线中选出一组安全容量最大的收发天线,包括:从 根天线中选择一根天线使得R→D链路的信道参数最大,并同时从 根天线中选择一根天线使得S→D链路的信道参数最大,其中天线数 和 服从 将目的节点发送天线和接收天线的选择序号分别标记为: 当
时,采用天线选择方法可获得系统安全容量为 当
时,可获得系统安全容量为 为最大化系统安全容量,最优发送和接收天线选择表述为:其中,hRD,i表示中继与目的端第i根天线之间的信道参数,hSD,j表示信源到目的端第j根天线之间的信道参数。
4.根据权利要求3所述的基于最优天线选择的全双工多天线目的节点干扰传输方法,其特征在于,所述第一时隙中,信源发送信息给中继和目的端,目的端接收信源信息同时向中继发送干扰信号,包括获得中继和目的端在第一时隙内的接收信噪比,如下:信源S将信息广播至中继R和目的端D,与此同时,目的端发送人工噪声信号到中继节点来防止中继窃听;中继接收信号的表达式为 其中hSR为信源至中继的信道参数,hDR为目的端至中继的信道参数,xS为单位方差信源信号,xD为单位方差目的端人工噪声信号,nR表示中继的方差为σ2的加性白高斯噪声;同时,目的端在第一时隙内接收信号的表达式可表示为 其中,hSD为直达路径信源到目的端的信道参数,取值hSD,j,hLI为目的端收发天线间的自干扰信道参数,nD1表示目的端的方差为σ2的加性白高斯噪声;在第一时隙中,根据上述表达式,求得中继和目的端在第一时隙内的接收信噪比表达式分别为:其中γSR=ρ|hSR|2,γRD=ρ|hRD|2,γSD=ρ|hSD|2,γLI=ρ|hLI|2,ρ=P/N0为系统发送信噪比,hRD表示中继与目的端之间的信道参数,由于信道互易性,hDR=hRD,取值hRD,i。
5.根据权利要求4所述的基于最优天线选择的全双工多天线目的节点干扰传输方法,其特征在于,所述中继采用放大转发协议将第一时隙内接收的信号放大后转发至目的端,目的端进行自干扰消除,包括获得目的端在第二时隙中的接收信噪比,如下:在第二时隙中,中继采用放大转发协议将信源信息进行转发,目的端接收信号表示为其中nD2表示目的端的方差为σ2的加性白高斯噪声,中继发送的信号xR表示为xR=βyR;其中β是放大转发中继节点的功率放大因子,表示为β2=1/(PS|hSR|2+PD|hDR|2+σ2);由yR的表达式得到由上可得在第二时隙中,目的端的接收信噪比为
6.根据权利要求5所述的基于最优天线选择的全双工多天线目的节点干扰传输方法,其特征在于,所述目的端将第一时隙和第二时隙接收到的信息进行最大比合并,包括获得目的端D的接收信噪比γD:信源S和中继R通过正交信道传输信息到目的端D,故目的端D采用最大比合并技术接收两路信号;可得目的端D的接收信噪比γD可以表示为:在中高信噪比区域,上式可进一步近似为:
7.根据权利要求6所述的基于最优天线选择的全双工多天线目的节点干扰传输方法,其特征在于,计算最大系统安全容量 如下:窃听信道的信道容量表示为 合法信道的信道容量表示为
则系统的瞬时安全容量可以表示为
其中[x]+=max{0,x};
将中继的接收信噪比γR和目的端的接收信噪比γD代入上式,得到系统的瞬时安全容量为:则最大系统安全容量 表示为:
其中,
8.根据权利要求7所述的基于最优天线选择的全双工多天线目的节点干扰传输方法,其特征在于,根据最大系统安全容量,获取最优功率分配因子,表示为