CN102655492A - 基于物理层安全的协同ofdma系统子载波分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物理层安全的协同OFDMA系统子载波分配方法。主要解决了现有协同OFDMA系统没有考虑物理层安全的问题。其实现步骤是：首先，统计系统中的用户要求的传输速率，计算用户在各个子载波上可用的传输速率，采用迭代子载波分配算法进行初次子载波分配；然后，定义用于衡量用户对安全性能满足程度的安全性能满足系数SI，根据初次子载波分配后用户对安全性能的满足程度，确定是否使用次梯度载波算法进行子载波的再分配；最后，基站将分配好的子载波通知中继和各用户，进行协同传输。本发明有安全性能好、计算复杂度较低、适用范围广的优点，可用于协同OFDMA通信系统。

Description

基于物理层安全的协同OFDMA系统子载波分配方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及协同OFMDA系统物理层安全，特别是一种协同OFDMA系统子载波分配方法，可用于协同通信。

背景技术

随着无线移动通信的飞速发展，一方面通信业务趋向宽带化、高速化和多样化，另一方面用户对无线通信服务的质量要求不断提高，无线通信网络设计遇到了新的挑战和机遇。为了有效支持具有不同服务质量QoS要求的多样化宽带高速业务，传统网络向全新网络架构演进，必然要求对一系列网络支撑技术进行改进与革新。针对无线通信网络的信道、位置、业务这些动态性和频谱、能量这些无线资源的紧缺性，人们从不同层面提出了诸如正交频分复用OFDM、协同通信（CooperativeCommunication）等多项革命性技术，期望达到提高容量和改善服务质量的设计目标。

正交频分复用作为一种先进的物理层技术，通过将高速串行数据变成低速并行数据，能显著消除频率选择性衰落的影响，已受到很大的关注。当前，OFDMA技术已成为现代无线通信领域最重要的关键技术之一，并且基于OFDM技术的正交频分多址OFDMA技术也已经成为IEEE 802.16e协议即移动WiMAX及3GPP LTE下行链路的主流多址方案。为了进一步提高无线信道的容量，并克服大尺度衰落的影响，人们提出了协同通信的概念。协同通信充分利用了无线信道的广播特性，让经过独立衰落的用户相互协同，构建虚拟的天线阵列，从而获得空间分集，它可以在不增加发射功率的情况下，显著地扩大覆盖范围、改善QoS。协同通信作为一项很有潜力的技术，已经引起了不同研究领域学者的广泛关注。

随着用户对通信速率的要求越来越高，移动蜂窝、Ad-Hoc的宽带化已是一个必然趋势，鉴于OFDMA技术已成为新一代无线通信的基本技术，因此将OFDMA技术和协同通信相结合已经成为当前一个新的研究热点，有时人们也把基于OFDMA的协同无线网络称为协同OFDMA网络。然而，相对于传统的无线通信方式，协同通信方式提供了更多的资源开放方式，使得源节点信息、目的节点信息和中继节点自身信息在空间的暴露性大大增加，其信息安全问题成为协同通信发展和应用亟待解决的问题。

信息安全问题的传统方法是采用密码学方法，但后来人们研究发现，采用物理层安全技术也能很好地实现信息通信安全，这为人们更好地实现信息通信安全增添了一种手段。Wyner首次用安全容量来描述通信安全问题，他把安全容量定义为：目的节点的信息量减去窃听节点的信息量；把窃听者与发送节点间的信道，建模为窃听信道，并指出只有源节点与目的节点间的信道优于窃听信道时，安全容量才存在，可以实现通信安全；反之安全容量为0，不能实现通信安全。鉴于协同通信网络中安全的重要性，近期人们对协同通信网络物理层安全技术产生了浓厚的兴趣。

对于协同OFDMA网络而言，资源分配是一个很重要的问题，这当中涉及中继、子载波和功率等资源的分配问题。目前，已有不少学者对协同OFDMA网络的资源分配进行了研究。例如，G.Li和H.Liu研究了多源、多中继、单目的OFDMA中继网络上行链路的资源分配问题，将具有公平性约束的源/中继/子载波分配问题建模为一个二进制的整数规划问题，该问题可以转化为一有向图中的线性最优分布问题，并使用图论来解决；浙江大学的余官定等研究了总功率约束下的单源、单中继、单目的OFDMA中继系统中的子载波对/功率分配问题，他们首先分别针对再生和非再生两种中继模式，提出中继子载波对的等效信道增益，然后利用匈牙利算法进行中继子载波对选择。然而这些对协同OFDMA的资源分配研究还很不完善。在现有的协同OFDMA网络中的资源分配中，没有考虑物理层安全的问题，窃听者能够进行信道监听、信号分析，尤其当上层也缺乏安全机制时，窃听者可直接得到部分甚至全部通信内容，导致通信双方不能安全的通信。

发明内容

本发明的目的是针对上述协同OFDMA网络的问题，提供一种基于物理层安全的协同OFDMA系统子载波分配方法，以提高通信的安全性能。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案如下：

（1）统计系统中各个用户要求的传输速率

l＝1,2，...,L为用户序号，L为系统中用户总数；

（2）定义安全性能满足系数：

其中1,...,L₁表示有安全要求的用户序号，L₁为有安全要求用户的总数，L₁+1，...,L表示没有安全要求的用户序号，n＝1,2，...,N为子载波序号，N表示子载波的总数，t_n,l∈{0,1}是标识中继子载波n是否被分配给第l个用户的变量，t_n，l＝1表示分配，t_n，l＝0表示未分配，

是第l个用户在子载波n的可用传输速率；

（3）计算第l个用户在子载波n的可用传输速率

（3.1）对于没有安全要求的用户， $C_l^n=\frac{1}{2}{\log }_2(1+\frac{P_s^n{P}_r^n{\left|{\hat{h}}_{\mathrm{sr}}^n\right|}^2{\left|{\hat{h}}_{{\mathrm{rd}}_l}^n\right|}^2}{P_s^n{\left|{\hat{h}}_{\mathrm{sr}}^n\right|}^2+P_r^n{\left|{\hat{h}}_{{\mathrm{rd}}_l}^n\right|}^2+1});$

（3.2）对于有安全要求的用户，

$C_l^n=[\frac{1}{2}{\log }_2(1+\frac{P_s^n{P}_r^n{\left|{\hat{h}}_{\mathrm{sr}}^n\right|}^2{\left|{\hat{h}}_{{\mathrm{rd}}_l}^n\right|}^2}{P_s^n{\left|{\hat{h}}_{\mathrm{sr}}^n\right|}^2+P_r^n{\left|{\hat{h}}_{{\mathrm{rd}}_l}^n\right|}^2+1})-\frac{1}{2}{\log }_2{(1+\frac{P_s^n{P}_r^n{\left|{\hat{h}}_{\mathrm{sr}}^n\right|}^2{\left|{\hat{h}}_{\mathrm{re}}^n\right|}^2}{P_s^n{\left|{\hat{h}}_{\mathrm{sr}}^n\right|}^2+P_r^n{\left|{\hat{h}}_{\mathrm{re}}^n\right|}^2+1})]}^{+};$

其中[·]⁺＝max(·,0)，

表示基站在子载波n上的发射功率，

表示中继在子载波n上的发射功率，

表示基站和中继间在子载波n上的信道系数，d_l表示第l个用户，

表示中继和第l个用户间在子载波n上的信道系数，

表示中继和窃听者间在子载波n上的信道系数；

（4）使用迭代子载波分配算法进行子载波初次分配：

4a)对于有安全要求的用户，执行如下操作：

4a1)初始化中间变量

υ_l,

其中ξ表示较大的正数，α为常数，0＜α＜1；

4a2)将用户l可用传输速率

大于其他用户可用传输速率

与υ_l之和的载波n分配给该用户，即其中

表示第l个用户的子载波分配集合，k表示除了用户l之外的所有用户，表示第k个用户在子载波n上的可用传输速率；

4a3)如果用户l的在每个子载波上的可用传输速率之和大于该用户要求的传输速率

即

则修改

反之并将υ_l更新为

4a4)反复迭代步骤4a2)和4a3)，直到子载波分配后用户总传输速率逼近用户要求的传输速率，即

其中ε表示预设的较小常数，得到用户l的子载波分配集合

4a5)如果一个子载波n∈则t_n,l＝1，否则t_n,l＝0；

4b)对于没有安全要求的用户，则执行如下操作：

4b1)将用户l可用传输速率

大于其他用户可用传输速率

的载波n分配给该用户，即子载波分配集合

4b2)如果一个子载波，n∈

则t_n，l=1，否则t_n，l=0；

(5)将各个用户要求的传输速率

第l个用户在子载波n的可用传输速率

标识载波n是否被分配给第l个用户的变量t_n，l，代入安全性能满足系数SI定义式，计算SI；

(6)设定安全性能满足系数门限值δ，0<δ<1，δ越接近于1表示安全性能要求越高，将安全性能满足系数SI与门限值δ做比较，如果安全性能满足系数SI小于δ，执行步骤(7)，否则执行步骤(8)；

(7)采用次梯度子载波分配算法进行子载波的再分配，得到再次分配后的子载波分配集合

(8)基站将给子载波分配集合通知中继，中继再将通知各用户l，进行协同传输。

所述的采用次梯度子载波分配算法进行子载波的再分配，按如下步骤进行：

(7.1)设定初始值

λ为Lagrangian系数；

(7.2)对于给定的λ(t)，其中t为迭代次数，计算

其中是中间变量；

(7.3)计算λ(t+1)，其中

η(t)表示步长；

(7.4)将使

的子载波n分配给用户l，即

(7.5)把t_n，l更新为

即

(7.6)反复进行步骤(7.2)-(7.5)，直到λ收敛为止，即|λ₁(t+1)-λ₁(t)|≤ω，其中ω表示预设的较小常数，得到子载波分配集合

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1)安全性能较好。本发明考虑了基于物理层安全的协同OFDMA网络中的子载波分配，较之现有的不考虑物理层安全的子载波分配算法能够显著提高系统的安全性能。

2)复杂度较低。本发明通过引入安全性能满足系数SI，先采用迭代子载波分配方法，然后计算安全性能满足系数SI与安全门限比较，若不满足安全需求，才使用次梯度子载波分配方法，本发明的整体复杂度低于次梯度子载波分配方法。

3)适用范围广。本发明方法可以用于OFDMA蜂窝网络，也可以用于移动WiMAx等宽带无线接入网络。

附图说明

图1为现有的协同OFDMA系统框图；

图2所示为本发明的实现流程图；

图3所示为本发明和其它算法中用户安全性能满足系数SI随不同安全标准的变化曲线图；

图4所示为本发明和其它算法中安全用户的总速率随不同安全标准的变化曲线图。

具体实施方式

参看图1，本发明使用的协同OFDMA系统在物理层上有1个基站、1个中继、1个窃听者、6个用户以及32个可分配的子载波。用户中4个用户有安全要求，用SU表示，有安全要求的用户标号为l＝1，2，3，4，有2个用户则没有安全要求，用NU表示，无安全要求的标号为l＝5，6。

参照图2，本发明基于上述系统进行子载波分配的方法，其实现步骤如下：

步骤一，统计用户要求传输速率并计算用户在子载波n的可用传输速率

(1.1)统计系统中各个用户要求的传输速率

本例中选用六种安全标准，在一种安全标准中，各个用户的传输速率要求都相同；六种安全标准分别为 ${\stackrel{\&OverBar;}{C}}^1=\left[\begin{array}{cccccc}0.05& 0.05& 0.05& 0.05& 0.05& 0.05\end{array}\right],$ ${\stackrel{\&OverBar;}{C}}^2=\left[\begin{array}{cccccc}0.1& 0.1& 0.1& 0.1& 0.1& 0.1\end{array}\right],$ ${\stackrel{\&OverBar;}{C}}^3=\left[\begin{array}{cccccc}0.2& 0.2& 0.2& 0.2& 0.2& 0.2\end{array}\right],$ ${\stackrel{\&OverBar;}{C}}^4=\left[\begin{array}{cccccc}0.3& 0.3& 0.3& 0.3& 0.3& 0.3\end{array}\right],$ ${\stackrel{\&OverBar;}{C}}^5=\left[\begin{array}{cccccc}0.4& 0.4& 0.4& 0.4& 0.4& 0.4\end{array}\right],$ ${\stackrel{\&OverBar;}{C}}^6=\left[\begin{array}{cccccc}0.5& 0.5& 0.5& 0.5& 0.5& 0.5\end{array}\right];$

(1.2)为计算不同算法对安全性能的满足程度，定义安全性能满足系数：

其中t_n，l∈{0，1}是变量，当t_n，l=1表示中继子载波n被分配给d_l，d_l表示第l个用户，t_n，l=0表示中继子载波n不被分配给d_l，

是用户l在子载波n的可用传输速率；

（1.3）计算第l个用户在子载波n的可用传输速率

对于没有安全要求的用户， $C_l^n=\frac{1}{2}{\log }_2(1+\frac{P_s^n{P}_r^n{\left|{\hat{h}}_{\mathrm{sr}}^n\right|}^2{\left|{\hat{h}}_{{\mathrm{rd}}_l}^n\right|}^2}{P_s^n{\left|{\hat{h}}_{\mathrm{sr}}^n\right|}^2+P_r^n{\left|{\hat{h}}_{{\mathrm{rd}}_l}^n\right|}^2+1});$

对于有安全要求的用户，

$C_l^n=[\frac{1}{2}{\log }_2(1+\frac{P_s^n{P}_r^n{\left|{\hat{h}}_{\mathrm{sr}}^n\right|}^2{\left|{\hat{h}}_{{\mathrm{rd}}_l}^n\right|}^2}{P_s^n{\left|{\hat{h}}_{\mathrm{sr}}^n\right|}^2+P_r^n{\left|{\hat{h}}_{{\mathrm{rd}}_l}^n\right|}^2+1})-\frac{1}{2}{\log }_2{(1+\frac{P_s^n{P}_r^n{\left|{\hat{h}}_{\mathrm{sr}}^n\right|}^2{\left|{\hat{h}}_{\mathrm{re}}^n\right|}^2}{P_s^n{\left|{\hat{h}}_{\mathrm{sr}}^n\right|}^2+P_r^n{\left|{\hat{h}}_{\mathrm{re}}^n\right|}^2+1})]}^{+};$

其中[·]⁺＝max(·,0)，表示基站在子载波n上的发射功率，

表示中继在子载波n上的发射功率，表示基站与中继之间在子载波n上的信道系数，d_l表示第l个用户，

表示中继与第l个用户之间在子载波n上的信道系数，

表示中继和窃听者之间在子载波n上的信道系数。

步骤二，使用迭代子载波算法进行子载波初次分配：

2a)对于有安全要求的用户，执行如下操作：

2a1)初始化中间变量

υ_l,

其中ξ表示较大的正数，α为常数，取ξ＝10⁴，

2a2)将用户l传输速率

大于其他用户传输速率

与υ_l之和的载波n分配给该用户，即

其中

表示第l个用户的子载波分配集合，k表示除了用户l之外的所有用户，

表示第k个用户在子载波n上的可用传输速率；

2a3)如果用户l的在每个子载波上的可用传输速率之和大于该用户要求的传输速率

即则将中间变量υ_l的值赋给中间变量

即反之，将中间变量υ_l的值赋给中间变量

即并将中间变量υ_l更新为

即 ${\mathrm{\&upsi;}}_l=\frac{1}{3}({\mathrm{\&upsi;}}_l^{\mathrm{ub}}+{\mathrm{\&upsi;}}_l^{\mathrm{lb}});$

2a4)反复迭代步骤4a2)和4a3)，直到有安全要求用户总传输速率逼近用户要求的传输速率，即

其中ε表示预设的常数，取ε＝0.01，得到用户l的子载波分配集合

2a5)如果一个子载波n被分配给了用户l，即n∈

则将标识载波n是否被分配给第l个用户的变量t_n，l赋值为1，即t_n，l=1；否则将t_n，l赋值为O，即t_n，l=0；

2b)对于没有安全要求的用户，则执行如下操作：

2b1)将用户l可用传输速率

大于其他用户可用传输速率的载波n分配给该用户，即子载波分配集合

2b2)如果一个子载波n被分配给了用户l，即n∈则将标识载波n是否被分配给第l个用户的变量t_n，l赋值为1，即t_n，l=1；否则将t_n，l赋值为O，即t_n，l=0。

步骤三，计算初次分配后用户对安全性能满足系数SI，并将其与设定的安全性能满足系数门限δ进行比较：

(3.1)将各个用户要求的传输速率

第l个用户在子载波n的可用传输速率

标识载波n是否被分配给第l个用户的变量t_n，l，代入安全性能满足系数SI定义式 $\mathrm{SI}=\frac{1}{4}\underset{l=1}{\overset{4}{\mathrm{\&Sigma;}}}\min (\underset{n=1}{\overset{32}{\mathrm{\&Sigma;}}}{t}_{n,l}{C}_l^n/{\stackrel{\&OverBar;}{C}}_l,1),$ 计算SI；

(3.2)设定安全性能满足系数门限值δ，δ越接近于1表示安全性能要求越高，取δ＝0.8；

(3.3)将安全性能满足系数SI与安全性能满足系数门限值δ比较，如果安全性能满足系数SI小于δ，执行步骤四，否则执行步骤五。

步骤四，使用次梯度子载波分配算法进行子载波的再分配：

(4.1)设定初始值

其中λ为Lagrangian系数；

(4.2)对于给定的Lagrangian系数λ(t)，其中t为迭代次数，计算中间变量

其中，t_n，l为标识载波n是否被分配给第l个用户的变量，

表示第l个用户在子载波n的可用传输速率。

(4.3)计算迭代一次后的Lagrangian系数λ(t+1)：

其中η(t)表示步长，其中

表示用户l要求的传输速率；

（4.4）将使中间变量

的子载波n分配给用户l，即子载波分配集合 ${\mathrm{\&Omega;}}_{d_l}=\left\{n\right|t_{n,l}^{*}=1\};$

（4.5）将标识载波n是否被分配给第l个用户的变量t_n，l更新为中间变量

即 $t_{n,l}=t_{n,l}^{*};$

（4.6）反复执行步骤（4.2）-（4.5），直到Lagrangian系数λ收敛为止，即|λ_l(t+1)-λ_l(t)|≤ω，其中ω表示预设的常数，取ω＝0.01，得到子载波分配集合

步骤五，通知中继和用户子载波的分配情况：

基站将子载波分配集合通知给中继，中继再将

通知各用户l，各个用户通过中继进行协同传输。

下面结合仿真对本发明的效果做进一步说明：

1.仿真条件：设协同OFDMA系统物理层中有1个基站、1个中继、1个窃听者、6个用户以及32个可分配的子载波，六种安全标准分别为 ${\stackrel{\&OverBar;}{C}}^1=\left[\begin{array}{cccccc}0.05& 0.05& 0.05& 0.05& 0.05& 0.05\end{array}\right],{\stackrel{\&OverBar;}{C}}^2=\left[\begin{array}{cccccc}0.1& 0.1& 0.1& 0.1& 0.1& 0.1\end{array}\right]{\stackrel{\&OverBar;}{C}}^3=\left[\begin{array}{cccccc}0.2& 0.2& 0.2& 0.2& 0.2& 0.2\end{array}\right]$ ${\stackrel{\&OverBar;}{C}}^4=\left[\begin{array}{cccccc}0.3& 0.3& 0.3& 0.3& 0.3& 0.3\end{array}\right],{\stackrel{\&OverBar;}{C}}^5=\left[\begin{array}{cccccc}0.4& 0.4& 0.4& 0.4& 0.4& 0.4\end{array}\right]{\stackrel{\&OverBar;}{C}}^6=\left[\begin{array}{cccccc}0.5& 0.5& 0.5& 0.5& 0.5& 0.5\end{array}\right]$ 安全性能满足系数门限值δ＝0.8，用于判断收敛的常数ω＝0.01、ε＝0.01，用于迭代的常数ξ＝10⁴、 $\mathrm{\&alpha;}=\frac{1}{3}.$

2.仿真内容：

仿真1：分别采用迭代子载波分配算法、次梯度子载波分配算法、子载波平均分配算法、本发明对协同OFDMA系统进行子载波分配，每种分配后得到的第l个用户在子载波n的可用传输速率标识载波n是否被分配给第l个用户的变量t_n，l，将其代入安全性能满足系数SI定义式

计算SI，结果如图3所示，其中横轴为不同安全标准

纵轴为安全性能满足系数SI，曲线a表示采用迭代子载波分配算法的变化情况，曲线b表示采用次梯度子载波分配算法的变化情况，曲线c采用子载波平均分配算法的变化情况，曲线d表示采用本发明的变化情况。

从图3中可以看出，本发明在设定好的安全性能满足系数SI区间0.8~1内跳动，基本满足用户安全要求，而现有的迭代子载波算法和子载波平均分配算法安全性能很差；现有的次梯度载波算法虽然安全性能满足系数SI较高，但复杂度太高。可见本发明在基本满足用户安全要求的前提下，降低的计算复杂度。

仿真2：根据仿真1的结果，得到每种算法进行子载波分配后第l个用户在子载波n上的可用传输速率

标识载波n是否被分配给第l个用户的变量t_n，l，计算有安全要求用户的总传输速率结果如图4所示。其中，横轴为不同安全标准

纵轴为分配子载波后有安全要求用户的总传输速率C_T，曲线a'表示采用迭代子载波分配算法的变化情况，曲线b'表示采用次梯度子载波分配算法的变化情况，曲线c'采用子载波平均分配算法的变化情况，曲线d'表示采用本发明的变化情况。

从图4中可以看出，使用几种不同的子载波分配算法时，迭代子载波分配算法的用户的总传输速率最高，这是由于迭代子载波分配算法会把更多子载波分配给没有安全要求的用户，故导致总传输速率高；次梯度子载波分配算法和平均分配算法的用户总传输速率最低；在用户要求传输速率较低的情况下，本发明总传输速率与迭代子载波算法相近；在用户要求传输速率较高时，本发明用户的总传输速率不低于次梯度子载波算法。可见本发明能够在基本满足用户安全要求的前提下，提高有安全要求用户的总传输速率。

Claims (2)

1.一种基于物理层安全的协同OFDMA系统子载波分配方法，包括如下步骤：

（1）统计系统中各个用户要求的传输速率

l＝1,2，...,L为用户序号，L为系统中用户总数；

（2）定义安全性能满足系数：

其中1,...,L₁表示有安全要求的用户序号，L₁为有安全要求用户的总数，L₁+1,...，L表示没有安全要求的用户序号，n＝1,2,,N为子载波序号，N表示子载波的总数，t_n,l∈{0,1}是标识中继子载波n是否被分配给第l个用户的变量，t_n，l＝1表示分配，t_n，l＝0表示未分配，是第l个用户在子载波n的可用传输速率；

（3）计算第l个用户在子载波n的可用传输速率

（3.1）对于没有安全要求的用户， $C_l^n=\frac{1}{2}{\log }_2(1+\frac{P_s^n{P}_r^n{\left|{\hat{h}}_{\mathrm{sr}}^n\right|}^2{\left|{\hat{h}}_{{\mathrm{rd}}_l}^n\right|}^2}{P_s^n{\left|{\hat{h}}_{\mathrm{sr}}^n\right|}^2+P_r^n{\left|{\hat{h}}_{{\mathrm{rd}}_l}^n\right|}^2+1});$

（3.2）对于有安全要求的用户，

$C_l^n=[\frac{1}{2}{\log }_2(1+\frac{P_s^n{P}_r^n{\left|{\hat{h}}_{\mathrm{sr}}^n\right|}^2{\left|{\hat{h}}_{{\mathrm{rd}}_l}^n\right|}^2}{P_s^n{\left|{\hat{h}}_{\mathrm{sr}}^n\right|}^2+P_r^n{\left|{\hat{h}}_{{\mathrm{rd}}_l}^n\right|}^2+1})-\frac{1}{2}{\log }_2{(1+\frac{P_s^n{P}_r^n{\left|{\hat{h}}_{\mathrm{sr}}^n\right|}^2{\left|{\hat{h}}_{\mathrm{re}}^n\right|}^2}{P_s^n{\left|{\hat{h}}_{\mathrm{sr}}^n\right|}^2+P_r^n{\left|{\hat{h}}_{\mathrm{re}}^n\right|}^2+1})]}^{+};$

其中[·]⁺＝max(·,0)，

表示基站在子载波n上的发射功率，

表示中继在子载波n上的发射功率，

表示基站和中继间在子载波n上的信道系数，d_l表示第l个用户，

表示中继和第l个用户间在子载波n上的信道系数，

表示中继和窃听者间在子载波n上的信道系数；

（4）使用迭代子载波分配算法进行子载波初次分配：

4a)对于有安全要求的用户，执行如下操作：

4a1)初始化中间变量

υ_l,其中ξ表示较大的正数，α为常数，0＜α＜1；

4a2)将用户l可用传输速率

大于其他用户可用传输速率

与υ_l之和的载波n分配给该用户，即

其中表示第l个用户的子载波分配集合，k表示除了用户l之外的所有用户，

表示第k个用户在子载波n上的可用传输速率；

4a3)如果用户l的在每个子载波上的可用传输速率之和大于该用户要求的传输速率

即

则修改反之

并将υ_l，更新为

4a4)反复迭代步骤4a2)和4a3)，直到子载波分配后用户总传输速率逼近用户要求的传输速率，即

其中ε表示预设的较小常数，得到用户l的子载波分配集合

4a5)如果一个子载波

则t_n，l=1，否则t_n，l=0；

4b)对于没有安全要求的用户，则执行如下操作：

4b1)将用户l可用传输速率

大于其他用户可用传输速率的载波n分配给该用户，即子载波分配集合

462)如果一个子载波

则t_n，l=1，否则t_n，l=0；

(5)将各个用户要求的传输速率

第l个用户在子载波n的可用传输速率

标识载波n是否被分配给第l个用户的变量t_n，l，代入安全性能满足系数SI定义式，计算SI：

(6)设定安全性能满足系数门限值δ，0<δ<1，δ越接近于1表示安全性能要求越高，将安全性能满足系数SI与门限值δ做比较，如果安全性能满足系数SI小于δ，执行步骤(7)，否则执行步骤(8)；

(7)采用次梯度子载波分配算法进行子载波的再分配，得到再次分配后的子载波分配集合

(8)基站将给子载波分配集合

通知中继，中继再将

通知各用户l，进行协同传输。

2.根据权利要求1中所述的基于物理层安全的协同OFDMA系统中的子载波分配方法，其中步骤(7)所述的采用次梯度子载波分配算法进行子载波的再分配，按如下步骤进行：

(7.1)设定初始值λ为Lagrangian系数；

(7.2)对于给定的λ(t)，其中t为迭代次数，计算

其中，是中间变量；

（7.3）计算λ(t+1)，其中

η(t)表示步长；

（7.4）将使

的子载波n分配给用户l，即

（7.5）把t_n，l更新为即

（7.6）反复进行步骤（7.2）-（7.5），直到λ收敛为止，即|λ_l(t+1)-λ_l(t)|≤ω，其中ω表示预设的较小常数，得到子载波分配集合

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