技術(shù)特征：

1.一種基于次用戶選擇的認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)物理層安全傳輸方法，其特征是：系統(tǒng)由一對主用戶通信對，多個位置隨機分布的次用戶通信對和多個位置隨機分布的竊聽者組成，所有節(jié)點均配置單天線；主用戶安全傳輸方法按以下步驟進(jìn)行：

(1)主用戶發(fā)送者A在發(fā)送安全信息之前，廣播告知主用戶接收者B和所有次用戶發(fā)送者Φ_S＝{S_i}；

(2)主用戶接收者B向所有次用戶發(fā)送者廣播導(dǎo)頻信號，任意次用戶發(fā)送者S_i利用導(dǎo)頻信號和最小二乘算法估計出其與主用戶接收者B之間的信道增益當(dāng)小于等于給定的最優(yōu)信號增益門限δ_opt時，次用戶發(fā)送者S_i處于激活狀態(tài)，能夠在主用戶頻段上發(fā)送信息，否則次用戶發(fā)送者S_i保持靜默；

(3)主用戶發(fā)送者A和處于激活狀態(tài)的次用戶發(fā)送者同時在主用戶頻段上實現(xiàn)通信。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于次用戶選擇的認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)物理層安全傳輸方法，其特征是：

次用戶通信對位置服從均勻泊松點過程分布。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于次用戶選擇的認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)物理層安全傳輸方案方法，其特征是：

竊聽者位置服從均勻泊松點過程分布。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于次用戶選擇的認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)物理層安全傳輸方案方法，其特征是：

所有次用戶接收者采用相同的發(fā)射功率。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于次用戶選擇的認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)物理層安全傳輸方案方法，其特征是：

所有通信信道和竊聽信道都服從準(zhǔn)靜態(tài)瑞利衰落。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于次用戶選擇的認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)物理層安全傳輸方法，其特征是最優(yōu)信道增益門限δ_opt通過以下方法確定：

1)求解主用戶的連接中斷概率、安全中斷概率和安全吞吐量；

2)以主用戶安全吞吐量為目標(biāo)函數(shù)，連接中斷概率和安全中斷概率為約束，優(yōu)化設(shè)置信道增益門限，得到最優(yōu)信道增益門限δ_opt。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于次用戶選擇的認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)物理層安全傳輸方案方法，其特征是步驟1)具體方法如下：

主用戶發(fā)送者A發(fā)送安全信息時，主用戶接收者B接收到信號的信干噪比為

${\mathrm{\γ}}_B=\frac{P_A|h_{AB}{|}^2{d}_0^{-\mathrm{\α}}}{\underset{S_i\∈{\mathrm{\Φ}}_{S^{\%}}}{\Σ}{P}_S|h_{S_{i}B}{|}^2{d}_{S_{i}B}^{-\mathrm{\α}}+N_0}---\left(1\right)$

其中，P_A表示主用戶發(fā)送者A的發(fā)射功率，|h_AB|²表示信道A→B的信道增益，d₀表示主用戶發(fā)送者A到主用戶接收者B的距離，P_S表示任意次用戶發(fā)送者的發(fā)射功率，表示信道S_i→B的信道增益，表示次用戶發(fā)送者S_i到主用戶接收者B的距離，α為信道衰落系數(shù)，N₀表示主用戶接收者B處的噪聲方差；于是，主用戶的連接中斷概率表示為主用戶接收者B信干噪比小于特定門限的概率，即：

$p_{co}=\mathrm{Pr}({\mathrm{\γ}}_B=\frac{P_A|h_{AB}{|}^2{d}_0^{-\mathrm{\α}}}{\underset{S_i\∈{\mathrm{\Φ}}_{S\%}}{\Σ}{P}_S|h_{S_{i}B}{|}^2{d}_{S_{i}B}^{-\mathrm{\α}}+N_0}\<{\mathrm{\θ}}_B)---\left(2\right)$

其中，R_B表示編碼傳輸速率；通過求解得到主用戶連接中斷概率的閉式表達(dá)式

$p_{co}=1-\exp (-\frac{N_0{d}_0^{\mathrm{\α}}{\mathrm{\θ}}_B}{P_A}-{\mathrm{\π\λ}}_S\mathrm{\γ}(1+\frac{2}{\mathrm{\α}},\mathrm{\δ}\left)\mathrm{\Γ}\right(1-\frac{2}{\mathrm{\α}}\left){\left(\frac{d_0^{\mathrm{\α}}{P}_S}{P_A}\right)}^{\frac{2}{\mathrm{\α}}}{\mathrm{\θ}}_B^{\frac{2}{\mathrm{\α}}}\right)---\left(3\right)$

其中λ_S表示次用戶發(fā)送者的節(jié)點密度，γ()表示不完全gamma函數(shù)，Γ()表示gamma函數(shù)，δ表示主用戶接收者處的信道增益門限；

任意竊聽者E_j竊聽到信號的信干噪比為

${\mathrm{\γ}}_{E_j}=\frac{P_A|h_{{\mathrm{AE}}_j}{|}^2{d}_{{\mathrm{AE}}_j}^{-\mathrm{\α}}}{\underset{S_i\∈{\mathrm{\Φ}}_{S^{\%}}}{\Σ}{P}_S|h_{S_i{E}_j}{|}^2{d}_{S_i{E}_j}^{-\mathrm{\α}}+N_{E_j}}---\left(4\right)$

其中，表示信道A→E_j的信道增益，表示主用戶發(fā)送者A到竊聽者E_j的距離，表示信道S_i→E_j的信道增益，表示次用戶發(fā)送者S_i到竊聽者E_j的距離，表示竊聽者E_j處的噪聲方差；由于竊聽者處的噪聲方差往往無法估計，于是采用一種常用的方法，將任意竊聽者處的噪聲方差設(shè)為0；于是，主用戶的安全中斷概率表示為至少有一個竊聽者處的信噪比大于特定的門限的概率，即：

$p_{so}=\mathrm{Pr}(\underset{E_j\∈{\mathrm{\Φ}}_{E^{\%}}}{\max }{\mathrm{\γ}}_{E_j}=\underset{E_j\∈{\mathrm{\Φ}}_{E^{\%}}}{\max }\frac{P_A|h_{{\mathrm{AE}}_j}{|}^2{d}_{{\mathrm{AE}}_j}^{-\mathrm{\α}}}{\underset{S_i\∈{\mathrm{\Φ}}_{S^{\%}}}{\Σ}{P}_S|h_{S_i{E}_j}{|}^2{d}_{S_i{E}_j}^{-\mathrm{\α}}}\<{\mathrm{\θ}}_E)---\left(5\right)$

其中，R_S表示安全信息速率，表示安全保護(hù)域外竊聽者的集合；通過求解得到主用戶安全中斷概率的閉式表達(dá)式

$p_{so}=1-\exp (-\frac{{\mathrm{\λ}}_E}{{\left(\frac{P_S{\mathrm{\θ}}_E}{P_A}\right)}^{\frac{2}{\mathrm{\α}}}{\mathrm{\λ}}_S(1-\exp (-\mathrm{\δ}\left)\right)\mathrm{\Γ}(1+\frac{2}{\mathrm{\α}})\mathrm{\Γ}(1-\frac{2}{\mathrm{\α}})})---\left(6\right)$

其中λ_E表示竊聽者的節(jié)點密度；

主用戶的安全吞吐量定義為既安全又可靠的平均安全信息速率，表示為

η＝(1-p_co)(1-p_so)R_S (7)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于次用戶選擇的認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)物理層安全傳輸方法，其特征是以主用戶安全吞吐量為目標(biāo)函數(shù)，連接中斷概率和安全中斷概率為約束，優(yōu)化設(shè)置信道增益門限δ，問題描述為

$\begin{array}{c}{\mathrm{\δ}}_{opt}=\arg \underset{\mathrm{\δ}}{\max }\mathrm{\η}\\ \begin{array}{cc}s.t.& p_{co}\≤\mathrm{\σ},p_{so}\≤\mathrm{\ϵ}\end{array}\end{array}---\left(8\right)$

其中，σ和ε分別表示主用戶最大容忍的連接中斷概率和安全中斷概率；利用Lagrange乘子法求解此問題的步驟為：

a.根據(jù)(8)式得到Lagrange對偶函數(shù)

其中，u和v表示對應(yīng)(8)式中兩個約束條件的Lagrange乘子；

b.初始化u[0]＝0，v[0]＝0，δ[0]為遠(yuǎn)大于1的正實數(shù)，∈為足夠小的正

實數(shù)；

c.更新Lagrange乘子：

u[n]＝[u[n-1]-Δ_u(p_co(δ(n-1))-σ)]⁺ (11)

v[n]＝[v[n-1]-Δ_v(p_so(δ(n-1))-ε)]⁺ (12)

其中，n表示迭代次數(shù)，Δ_u和Δ_v分別表示u和v的正實數(shù)迭代步長；

d.通過聯(lián)合求解

得到此次迭代的最優(yōu)信道增益門限δ_opt[n]和安全吞吐量η(δ_opt[n])；

e.判斷如果η(δ_opt[n])-η(δ_opt[n-1])>∈，則返回步驟c；否則，δ_opt[n]為最優(yōu)信道增益門限。