本發明公開了一種用于綠色認知無線電安全能效最佳功率的分配方法，其主要解決了現有技術無法保證安全能效最大化問題。其實現步驟是：設置功率分配參數；初始化功率分配參數；計算最佳發送功率的真實值；計算的拉格朗日乘子；計算最佳發送功率的迭代真實值；計算拉格朗日乘子迭代誤差；判斷拉格朗日乘子是否滿足終止條件；計算安全能效函數；計算次級用戶安全能效；判斷是否滿足終止條件；得到次級用戶安全能效最佳發送功率和次級用戶最大安全能效。本發明具有可應用于綠色認知無線電網絡中實現安全能效最大化的功率分配，所需迭代次數少，適用于各種衰落信道，易于實現的優點。

技術領域

本發明屬于通信技術領域，更進一步涉及無線安全通信技術領域中的一種用于綠色認知無線電安全能效最佳功率的分配方法。本發明可以根據次級用戶平均發送功率和平均干擾功率約束條件，從而能在各種衰落信道中快速獲得最大安全能效情況下的安全能效最佳功率分配。

背景技術

移動設備爆發式增長及通訊業務需求日益多樣，一方面造成現有固定頻譜資源分配方式下頻譜資源稀缺問題，另一方面，移動設備所消耗的能量快速增加，排放大量的溫室氣體。根據現有研究報道，信息通信技術每年消耗的能量占每年總能量消耗的2％到10％，因信息通信技術每年排放的溫室氣體占全球每年溫室氣體排放的2％。因此，構建環境友好型通信技術是未來通信技術設計的發展趨勢，也日益受到信息工業領域關注。近些年來，由于綠色認知無線電不僅能提高頻譜使用效率，而且能最大化系統能效，使得綠色認知無線電成為當期研究熱點。綠色認知無線電的主要思想是在已授權的頻段內，在不影響主用戶正常通信的前提下，允許次級用戶以最大能效的方式接入主用戶頻段進行通信，從而不僅提高了頻譜使用效率，而且達到使得認知無線網絡能效最大化的目的。

由于認知無線電具有開放和動態特性，導致認知無線電網絡很容易受到非法用戶的惡意攻擊，偵察和監聽，甚至存在非法用戶通過改變認知無線電網絡周圍環境，達到破壞次級用戶正常使用主用戶頻段進行通信的目的。因此，認知無線電安全問題至關重要，也日益得到研究者的關注。基于傳統的密鑰安全通信技術，由于其實現復雜度很高，而且需要管理密鑰導致額外的開銷，在認知無線電能量有限背景下，基于密鑰安全通信技術使用受限。作為一種新興技術，自Wyner提出以來，基于物理層安全通信技術在無線安全通信中得到廣泛應用。基于物理層安全通信技術的原理是，利用無線通信信道特點，實現在物理層可靠安全通信的目的。因此針對基于物理層安全認知無線電的研究，具有重要的研究價值和實際研究意義。

在綠色安全認知無線電中，由于認知無線電的優先性是保護主用戶的服務質量。因此，綠色認知無線電中，次級用戶的發送功率有限。而且，根據現有研究，基于物理層安全通信網絡中，用戶獲得的安全容量受信道狀態條件約束。因此，在安全綠色認知無線電中，如何最佳的對次級用戶功率進行分配，不僅能更好的保護好主用戶的傳輸服務質量，同時，能在最大化認知無線電網絡安全能效的基礎上，獲得更高的安全容量。

D.W.K.Ng,E.S.Lo,and R.Schober等人在其發表的論文“Energy-efficientresource allocation for secure OFDMA systems”(IEEE Trans.Veh.Technol.,vol.61,no.6,pp.2572-2585,Jul.2012.)中提出了一種物理層安全傳統無線通信網絡的安全能效最佳功率分配方法。該方法在給定的功率約束條件下，通過中繼輔助技術，根據信道狀態信息，去調整次級用戶的發送功率和中繼發送功率，達到最大化次級用戶安全容量的目的。在該分配策略中，次級用戶的發送功率受信道狀態信息，干擾功率約束條件的影響。該功率分配方法存在的不足之處是：計算復雜度高且只適用于傳統的無線網絡，無法應用于實際的認知無線電網絡中。在認知無線電網絡中，次級用戶在進行功率分配時，必須考慮到對主用戶的干擾，以及主用戶對次級用戶和偵察用戶的干擾。因此，傳統的基于物理層安全能效最佳功率分配方法不適用于認知無線電網絡。