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申请/专利权人：兰州交通大学

摘要：本发明提出反向散射通信系统中一种保密中断概率最优的标签选择方法，该系统是由一个专门产生连续波的信源S、N个标签Ti、一个目的节点D和一个窃听者E组成。本发明考虑了标签Ti本身的电路消耗，本发明设计了满足标签最低能耗的最优动态反射系数，能够最大化每个标签反射出的信号的功率。在保证电路收集的能量能够满足标签Ti的电路功率消耗需求的前提下，每次传输中，本发明选择能够最大化系统保密容量的标签Ti去传输它自己的信息到目的节点。为了评估该系统中标签选择方案的保密中断概率，本发明在独立非同分布瑞利衰落信道中推导了系统的保密中断概率和分集阶数。相比于其他方案，本发明提出的最优标签选择方法具有最好的性能。

主权项：1.反向散射通信系统中保密中断概率最优的标签选择方法，其特征在于，按照以下步骤实施：1系统模型的构建，通信系统模型由以下要素组成：一个专门产生连续波的信源S、N个标签Ti，其中1≤i≤N、一个目的节点D和一个窃听者E组成；2推导出标签Ti最优的动态反射系数来最大化反射信号的功率；3提出系统的保密容量Cs，其定义为：目的节点处的瞬时可达速率Cd与窃听者的瞬时可达速率Ce之差；将系统的保密容量与预先设定的目标速率Rs对比，最终确定系统保密中断情况；反向散射系统由一个发射连续波CW,ContinuousWave的专用信号源S、N个标签Tii＝1,2,…,N、一个目的节点D、一个窃听者E组成；Ti通过采集S的射频信号的能量驱动自身电路工作并通过调制和反射入射波将自身信息发送至D，同时E可窃听到Ti反射的电磁波；hi、gi、g0i分别代表链路S→Ti、Ti→D、Ti→E的信道系数，|hi|2、|gi|2、|g0i|2分别代表链路S→Ti、Ti→D、Ti→E的信道增益；S、D、E的坐标分别为0,0m、8,0m、9,2m；标签的坐标为d1i,0m，且d1i在区间[3,5]m均匀分布；假设所有信道服从独立非同分布的瑞利衰落，则相应的信道增益|hi|2、|gi|2、|g0i|2服从独立非同分布的指数分布，均值分别为其中：f表示S发送的射频信号的频率且令f＝915MHz；Gs、GD、GT、GE分别表示S、D、标签及窃听者的天线增益且Gs＝GD＝GT＝GE＝6dBi；d2i＝8-d1i，α＝2代表路径衰耗因子；标签的功耗Pc＝8.9μW；非线性能量采集电路的参数设置如下：Pmax＝240μW、v0＝5μW、v1＝5000、v2＝0.0002；反射效率设为η＝0.6，目的节点处的高斯白噪声功率设为σ2＝-60dBm，性能差设为Γ＝5dB；所有的信道被假定服从独立非同分布的瑞利衰落信道；在串行干扰删除技术的帮助下从信源S到目的节点D和信源S到窃听者E的直达链路干扰可以消除；标签Ti接收到的信号能够被写成其中Ps是通过S发送的功率，st是通过S发射信号的单位功率；在这里可以指出噪声功率是通过标签天线引入的，与射频信号功率对比，其功率非常小可以忽略不计；在标签Ti处采集到的能量可以表示为如下： 其中表示在标签Ti处能量采集的输入功率，即：Pmax表示当输入功率非常大时的饱和功率；v0表示能量采集电路的灵敏度；v1和v2是由能量采集电路的电阻、电容和二极管开关电压决定的固定参数；令Pc表示标签Ti电路消耗的功率；如果标签Ti能够反射射频信号至目的节点D；为了最大化反射信号的功率，使并且考虑βi≤1这个事实，最优的动态反射系数能够被表示如下： 基于上述分析，目的节点D接收到的、由标签Ti反射的信号的有效信噪比可以表示为 其中h是反向散射效率，其意义是标签Ti所能反射出的有效信号；Γ表示由反向散射通信所采用的调制方法导致的与香农容量之间的性能差距；同样地，通过标签Ti反射到窃听者处的信号的有效信噪比能够被写成 系统的保密容量Cs定义为在目的节点D处的瞬时可达速率Cd和窃听者E处的瞬时可达速率Ce的之差，其可以表示为 如果系统的保密容量是低于预先设定的目标速率Rs，即CsRs，系统将会中断；在提出的系统中，假设能够满足自身功率消耗且能够最大化保密容量的标签被选择来反向散射信号，即满足： 基于7，可通过以下两步选择最优的标签Ti；第一步，通过判断找出所有能够采集到足够的能量来驱动自身电路的标签形成集合C，即Ti∈C；第二步，在集合C中，找出能够最大化保密容量的标签被选择作为最优的标签；利用最优的标签可以推导出相应的最小化的保密中断概率；为了在独立非同分布的瑞利衰落信道中推导出系统的保密中断概率的闭式解获，把两步最优的标签选择方案转换成如下等价方案：首先计算出任意链路S→Ti→D,E被选择时的保密中断概率然后利用所有信道均相互独立的假设，将系统的保密中断概率写为下式：

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百度查询： 兰州交通大学 反向散射通信系统中保密中断概率最优的标签选择机制