CN110519756B - 一种全双工中继网络的物理层安全传输方法 - Google Patents

一种全双工中继网络的物理层安全传输方法 Download PDF

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Abstract

发明公开一种全双工中继网络的物理层安全传输方法。方法为：首先发射机向全双工中继节点发送导频信号，全双工中继节点根据接收导频信号的强度，选择全双工中继节点配置最佳的接收天线，剩余天线发射干扰信号，干扰窃听用户的窃听；然后全双工中继节点通过译码转发协议向接收机转发信号，同时采用迫零波束赋形方法对转发信号进行预编码，使得窃听用户位于转发信号对应零空间；接着全双工中继节点计算瞬时接收信干噪比，接收机计算瞬时接收信噪比，得出多天线全双工中继场景下基于译码转发协议的传输链路的瞬时信噪比；最后窃听用户窃听传输数据，并接收来自全双工中继发送的干扰信号。本发明提高了全双工中继网络的物理层安全性能。

Description

一种全双工中继网络的物理层安全传输方法
技术领域
本发明涉及多天线全双工窃听系统物理层安全技术，特别是一种全双工中继网络的物理层安全传输方法。
背景技术
随着移动互联网的迅速发展，很多垂直行业的业务，如医疗健康、智能家具和智能交通等，将会转移到无线网络平台上，相关的隐私信息(如身份、位置、健康等个人隐私信息)也将随着业务的转移，从封闭的平台转移到开放的平台上，接触状态从线下变成线上，泄露的风险大大增加，因此有必要借助其他技术方法提升网络的物理层安全性能。
研究表明，多天线技术通过先进的信号处理技术，可以在不增加发送功率和带宽的情况下大大改善无线网络传输性能，是改善无线网络物理层安全传输方案常用技术之一，并且中继节点采用全双工技术在接收信息的同时进行转发，可以提高频谱利用率和系统吞吐量，且缓解了MAC资源调度带来的拥塞问题和多跳网络中虫孔交换(WormholeSwitching)带来的时延问题，因此，针对多天线的全双工中继网络的物理层安全传输方法研究具有重要意义。
传统的全双工中继网络，中继节点在接收信号的同时转发信息，窃听用户可同时从发射机和中继节点窃收所需信息，窃听效率大幅提升。为解决该问题，现有技术对全双工中继网络进行了优化配置，具体为：第一时隙，全双工中继节点在选定接收天线接收发射机信息的同时利用剩余发射天线发射干扰信号，以提升第一时隙的物理层安全传输性能；第二时隙，全双工中继节点利用其多天线的优势，对窃听节点进行迫零预编码处理，采用迫零波束赋形方法处理后向接收机转发数据，完全防护了中继节点处的窃听，大幅提升了网络的物理层安全传输性能。然而，上述研究还面临着传输方法设计多元化、残余自干扰影响、优化空间大等技术挑战。因此，如何在多天线全双工中继网络中设计更有效的物理层安全传输方法，以提升全双工中继网络的物理层安全传输性能已成为研究热点。
目前，关于中继网络的物理层安全传输方法主要有以下两种：
第一种方法是在半双工模式下中继节点采用选择合并/迫零波束赋形(SelectionCombining/Zero Forcing Beamforming,SC/ZFB)方法进行物理层安全传输,其主要步骤是：第一时隙，发射机向中继节点发送数据，中继节点采用选择合并的方法选取最好的一根接收天线来接收来自发射机发送的数据；第二时隙，配置NR根天线的中继节点使用迫零波束赋形方法向接收机转发数据信息。此外，窃听用户会窃听发射机发送的数据。
这种方法的优点是配置NR根天线的中继节点采用迫零波束赋形方法对转发的数据信息进行预编码，使得窃听用户位于转发信号对应零空间的同时，最大化接收机接收信号的信噪比，有效提升了系统的物理层安全性能。然而，由于第一时隙中发射机也会受到窃听用户窃听的风险，且没有设计相应物理层安全性能增强方法，影响了系统物理层安全性能的提升，所以这种方法还存在很大的改进空间。
第二种方法是在全双工模式下中继节点采用最大比合并-最大比发送(Maximal-Ratio Combining/Maximal-Ratio Transmission,MRC/MRT)方法进行物理层安全传输,其主要步骤：发射机向全双工中继节点发送数据，全双工中继节点全部接收天线采用最大比接收方案接收来自发射机发送的信息；在接收信息的同时全双工中继节点全部发射天线采用译码转发形式向接收机发射信号，为最大化转发全双工中继节点处的转发性能，采用了最大比发射方案。此外，窃听用户会同时窃听发射机和全双工中继节点发送的数据。
这种方法的优点是全双工中继节点分别采用最大比合并和最大比发射方案接收与转发信号，充分发挥了多天线的优势且利于全双工方案提升了传输效率，相较于选择合并/迫零波束赋形(SC/ZFB)方法，可以获得更多的安全编码增益。然而，一方面，窃听用户可同时从发射机和中继节点窃收所需信息，窃听效率大幅提升，另一方面，全双工中继节点处残余的自干扰功率也影响了系统的物理层安全性能，所以亟需设计新的安全传输方法来提升系统的物理层安全性能。
发明内容
本发明目的在于提供一种能够降低窃听用户的窃听性能、提高系统的全双工中继网络的物理层安全传输方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种全双工中继网络的物理层安全传输方法，包括信道估计、系统数据传输、窃听用户窃听三个阶段，具体为：
(1)信道估计阶段
发射机向配置NR根天线的全双工中继节点发送导频信号，全双工中继节点选择合并方案处理接收的信号，计算全双工中继节点不同接收天线的瞬时接收信干噪比；
全双工中继节点的NR根天线根据接收导频信号的强度，选择全双工中继节点配置最佳的接收天线序号i*，剩余天线选定为全双工干扰天线；
(2)系统数据传输阶段
第一时隙，发射机向全双工中继节点的最佳接收天线发送数据，同时全双工中继节点剩余的NR-1根天线采用最大比发射方案向窃听用户发射干扰信号，干扰窃听用户的窃听；
第二时隙，全双工中继节点通过译码转发协议向接收机转发信号，同时在全双工中继节点处采用迫零波束赋形方法，即将窃听用户对应到转发信号零空间的同时，最大化目的接收机接收信号的信噪比；
(3)窃听用户窃听阶段
窃听用户窃听发射机发送数据，并受到全双工中继节点发射干扰数据的干扰。
进一步地，信道估计阶段，所述计算全双工中继节点不同接收天线的瞬时接收信干噪比，具体如下：
发射机和全双工中继节点第i根天线之间链路的瞬时接收信干噪比
Figure BDA0002162312230000031
为：
Figure BDA0002162312230000032
其中hARi表示发射机与全双工中继节点第i根天线之间的信道系数，hRR表示全双工中继节点处自干扰信道系数，|hARi|2的均值E[|hARi|2]＝λAR，λAR为给定常数，
Figure BDA0002162312230000033
为全双工中继节点处的噪声功率；PS为发射机的发射功率；PJ为全双工中继干扰信号发射功率；α为全双工中继节点自干扰消除后的自干扰功率残余因子。
进一步地，系统数据传输阶段，发射机和全双工中继节点最佳接收天线之间的瞬时信干噪比γAR为：
Figure BDA0002162312230000034
其中，hARi表示发射机与全双工中继节点第i根天线之间的信道系数，PS为发射机的发射功率；hRR表示全双工中继节点收到自干扰的信道系数，PJ为全双工中继干扰信号发射功率；α为全双工中继节点自干扰消除后的自干扰功率残余因子，NR为全双工中继节点配置的天线数量，
Figure BDA0002162312230000041
为全双工中继节点处的噪声功率。
进一步地，系统数据传输阶段，全双工中继节点和接收机之间链路的瞬时接收信噪比γRB为：
Figure BDA0002162312230000042
其中hRB表示全双工中继节点与接收机之间的NR×1维信道向量，||hRB||2的均值E[||hRB||2]＝λRB，λRB为给定常数，PR为全双工中继节点的发射功率，
Figure BDA0002162312230000043
为接收机处的噪声功率；
wZF表示预编码向量，且满足如下条件：
Figure BDA0002162312230000044
Figure BDA0002162312230000045
其中hRB表示全双工中继节点与接收机之间的(NR-1)×1维信道向量，
Figure BDA0002162312230000046
为向量的共轭转置，||·||F为Frobenius范数，HRE表示全双工中继节点与窃听用户之间的(NR-1)×1维信道向量；NR为全双工中继节点配置的天线数量；
为了将窃听用户对应到转发信号的零空间内，全双工中继节点处预编码向量wZF设计为：
Figure BDA0002162312230000047
其中
Figure BDA0002162312230000048
表示秩为NR-2的矩阵。
进一步地，多天线全双工中继场景下基于译码转发协议的传输链路的瞬时信噪比γB为：
γB＝min(γAR,γRB)
其中，γAR为发射机和全双工中继节点最佳接收天线之间的瞬时信干噪比，γRB为全双工中继节点和接收机之间链路的瞬时接收信噪比。
进一步地，窃听用户窃听阶段，窃听用户窃听发射机发送数据，并受到全双工中继节点发射干扰数据的干扰，具体如下：
第一时隙：窃听用户窃听发射机发送数据的同时受到全双工中继节点发射干扰数据的干扰，由此，第一时隙中窃听用户处的瞬时信干噪比γE为：
Figure BDA0002162312230000051
其中hAE表示发射机与窃听用户之间的信道向量，hRE表示全双工中继节点与窃听用户之间的(NR-1)×1维信道向量，
Figure BDA0002162312230000052
为窃听用户处的噪声功率；PS为发射机的发射功率，PJ为全双工中继干扰信号发射功率；
第二时隙：窃听用户窃听NR根天线的全双工中继节点转发的数据，由于全双工中继节点处采用了迫零波束赋形方法，窃听用户无法窃听全双工中继节点转发的数据，因此，窃听用户仅在第一时隙窃听到了发射机发送的数据信息。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)全双工中继节点采用选择合并方法处理接收数据，在发挥多天线技术优势的同时为全双工干扰的实施预留了天线维度；(2)全双工中继节点向接收机转发信息时采用了迫零波束赋形方法，避免了窃听用户对全双工中继节点转发信息的窃听；(3)全双工中继节点在接收信号的同时向窃听节点发射干扰信号，增强了全双工中继网络的物理层安全性能。
附图说明
图1是本发明中全双工中继网络的系统模型图。
图2是本发明全双工中继网络的物理层安全传输方法的流程示意图。
图3是本发明实施例中基于不同物理层安全传输方法的系统安全中断性能曲线图。
图4是本发明实施例中全双工中继节点的天线数目变化时的安全中断概率曲线图。
具体实施方式
本发明针对全双工中继网络的物理层安全传输方法设计问题，设计了一种新的选择合并-最大比发射/迫零波束赋形(Selection Combining-Maximal-RatioTransmission/Zero Forcing Beamforming,SC-MRT/ZFB)方法，具体是针对配置多天线的中继节点全双工模式下对窃听用户发射干扰信号来提升窃听网络物理层安全传输性能的方法。
本发明全双工中继网络的物理层安全传输方法，包括信道估计、系统数据传输、窃听用户窃听三个阶段，具体为：
(1)信道估计阶段
发射机向配置NR根天线的全双工中继节点发送导频信号，全双工中继节点选择合并方案处理接收的信号，计算全双工中继节点不同接收天线的瞬时接收信干噪比；
全双工中继节点的NR根天线根据接收导频信号的强度，选择全双工中继节点配置最佳的接收天线序号i*，剩余天线选定为全双工干扰天线；
(2)系统数据传输阶段
第一时隙，发射机向全双工中继节点的最佳接收天线发送数据，同时全双工中继节点剩余的NR-1根天线采用最大比发射方案向窃听用户发射干扰信号，干扰窃听用户的窃听；
第二时隙，全双工中继节点通过译码转发协议向接收机转发信号，同时在全双工中继节点处采用迫零波束赋形方法，即将窃听用户对应到转发信号零空间的同时，最大化目的接收机接收信号的信噪比；
(3)窃听用户窃听阶段
窃听用户窃听发射机发送数据，并接收来自全双工中继节点发射的干扰数据。
进一步地，信道估计阶段，所述计算全双工中继节点不同接收天线的瞬时接收信干噪比，具体如下：
发射机和全双工中继节点第i根天线之间链路的瞬时接收信干噪比
Figure BDA0002162312230000061
为：
Figure BDA0002162312230000062
其中hARi表示发射机与全双工中继节点第i根天线之间的信道系数，hRR表示全双工中继节点处自干扰信道系数，|hARi|2的均值E[|hARi|2]＝λAR，λAR为给定常数，
Figure BDA0002162312230000063
为全双工中继节点处的噪声功率；PS为发射机的发射功率；PJ为全双工中继干扰信号发射功率；α为全双工中继节点自干扰消除后的自干扰功率残余因子。
进一步地，系统数据传输阶段，发射机和全双工中继节点最佳接收天线之间的瞬时信干噪比γAR为：
Figure BDA0002162312230000071
其中，hARi表示发射机与全双工中继节点第i根天线之间的信道系数，PS为发射机的发射功率；hRR表示全双工中继节点收到自干扰的信道系数，PJ为全双工中继干扰信号发射功率；α为全双工中继节点自干扰消除后的自干扰功率残余因子，NR为全双工中继节点配置的天线数量，
Figure BDA0002162312230000072
为全双工中继节点处的噪声功率。
进一步地，系统数据传输阶段，全双工中继节点和接收机之间链路的瞬时接收信噪比γRB为：
Figure BDA0002162312230000073
其中hRB表示全双工中继节点与接收机之间的NR×1维信道向量，||hRB||2的均值E[||hRB||2]＝λRB，λRB为给定常数，PR为全双工中继节点的发射功率，
Figure BDA0002162312230000074
为接收机处的噪声功率。
wZF表示预编码向量，且满足如下条件：
Figure BDA0002162312230000075
Figure BDA0002162312230000076
其中hRB表示全双工中继节点与接收机之间的(NR-1)×1维信道向量，
Figure BDA0002162312230000077
为向量的共轭转置，||·||F为Frobenius范数，HRE表示全双工中继节点与窃听用户之间的(NR-1)×1维信道向量，NR为全双工中继节点配置的天线数量。
为了将窃听用户对应到转发信号的零空间内，全双工中继节点处预编码向量wZF设计为：
Figure BDA0002162312230000078
其中
Figure BDA0002162312230000079
表示秩为NR-2的矩阵。
进一步地，多天线全双工中继场景下基于译码转发协议的传输链路的瞬时信噪比γB为：
γB＝min(γAR,γRB)
其中，γAR为发射机和全双工中继节点最佳接收天线之间的瞬时信干噪比，γRB为全双工中继节点和接收机之间链路的瞬时接收信噪比。
进一步地，窃听用户窃听阶段，窃听用户窃听发射机发送数据，并受到全双工中继节点发射干扰数据的干扰，具体如下：
第一时隙：窃听用户窃听发射机发送数据的同时受到全双工中继节点发射干扰数据的干扰，由此，第一时隙中窃听用户处的瞬时信干噪比γE为：
Figure BDA0002162312230000081
其中hAE表示发射机与窃听用户之间的信道向量，hRE表示全双工中继节点与窃听用户之间的(NR-1)×1维信道向量，
Figure BDA0002162312230000082
为窃听用户处的噪声功率；PS为发射机的发射功率，PJ为全双工中继干扰信号发射功率。
第二时隙：窃听用户窃听NR根天线的全双工中继节点转发的数据，由于全双工中继节点处采用了迫零波束赋形方法，窃听用户无法窃听全双工中继节点转发的数据，因此，窃听用户仅在第一时隙窃听到了发射机发送的数据信息。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例
如图1所示，本实施例的研究环境是全双工中继网络系统，该系统中发射机(Alice)、接收机(Bob)和窃听用户(Eve)分别各配置了1根天线，中继(Relay)配置NR根天线，分析时运用以下三点假设：1)系统中的所有信道均为瑞利平坦衰落信道；2)由于大尺度衰落和遮挡物的影响，发射机不能向接收机直接发送信息；3)全双工中继节点可以获得其与窃听用户间链路的信道状态信息。
结合图2，本实施例全双工中继网络的物理层安全传输方法，该流程主要由以下三个基本部分组成：
(1)信道估计阶段
发送数据前，Alice向配置NR根天线的全双工中继节点Relay发送导频信号，NR为正整数，全双工中继节点采用选择合并方案接收信号，同时考虑了全双工中继节点处残余自干扰信号的影响，估计得到相应的信干噪比。假设第i(1≤i≤NR)根天线处Alice→Relay链路瞬时接收信干噪比
Figure BDA0002162312230000091
为
Figure BDA0002162312230000092
其中hARi表示发射机与全双工中继节点第i根天线之间的信道系数，hRR表示全双工中继节点处自干扰信道系数，|hARi|2的均值E[|hARi|2]＝λAR，λAR为给定常数，
Figure BDA0002162312230000093
为全双工中继节点处的噪声功率；PS为发射机的发射功率；PJ为全双工中继干扰信号发射功率；α为全双工中继节点自干扰消除后的自干扰功率残余因子。
全双工中继节点的NR根天线根据接收导频信号的强度，选择全双工中继节点配置最佳的接收天线序号i*，剩余天线选定为全双工干扰天线；
(2)系统数据传输阶段
数据传输环节可以分为两个时隙：
第一时隙：发射机从全双工中继节点处选择瞬时信干噪比最大的天线来协助传输数据。发射机向全双工中继节点的最佳接收天线发送数据，同时全双工中继节点剩余的NR-1根天线采用最大比发射方案向窃听用户发射干扰信号，干扰窃听用户的窃听；
发射机和被选中全双工中继节点最佳接收天线的之间的瞬时信干噪比表示为：
Figure BDA0002162312230000094
其中，|hRR|2的均值E[|hRR|2]＝λRR，λRR为给定常数。
第二时隙：全双工中继节点采用译码转发协议向接收机转发信息，为了避免窃听用户的窃听，在全双工中继节点处采用迫零波束赋形方法，即将窃听用户对应到转发信号零空间的同时，最大化目的接收机接收信号的信噪比。
基于上述分析，全双工中继节点和目的接收机之间链路的瞬时接收信噪比表示为：
Figure BDA0002162312230000101
其中hRB表示全双工中继节点与目的接收机之间的NR×1维信道向量，||hRB||2的均值E[||hRB||2]＝λRB，λRB为给定常数，
Figure BDA0002162312230000102
为接收机处的噪声功率。
预编码向量wZF满足如下条件：
Figure BDA0002162312230000103
Figure BDA0002162312230000104
其中hRB表示全双工中继节点与接收机之间的(NR-1)×1维信道向量，
Figure BDA0002162312230000105
为向量的共轭转置，||·||F为Frobenius范数，HRE表示中继节点与窃听用户之间的(NR-1)×1维信道向量，NR为中继节点配置的天线数量。
为了将窃听用户对应到转发信号的零空间内，全双工中继节点处预编码向量wZF设计为
Figure BDA0002162312230000106
其中
Figure BDA0002162312230000107
表示秩为NR-2的矩阵。
依据上述分析，基于译码转发协议传输链路的瞬时信噪比可以表示为
γB＝min(γAR,γRB)
(3)窃听用户窃听阶段
第一时隙：窃听用户窃听发射机发送数据的同时受到全双工中继节点发射干扰数据的干扰；由此，第一时隙中发射机与全双工中继节点到窃听用户之间的瞬时信干噪比为
Figure BDA0002162312230000108
其中hAE表示发射机与窃听用户之间的信道向量，hRE表示全双工中继节点与窃听用户之间的(NR-1)×1维信道向量。NR-1为中继用户发射干扰信号配置的天线数量，|hAE|2的均值E[|hAE|2]＝λAE，λAE为给定常数；同理λRE也为常数，
Figure BDA0002162312230000111
为窃听用户处的噪声功率。
第二时隙：窃听用户对配置NR根天线的全双工中继节点转发数据的窃听，由于中继节点处采用了迫零波束赋形方法，窃听用户无法窃听全双工中继节点转发的数据，所以，窃听用户仅在第一时隙窃听到了发射机发送的数据信息。因此，两时隙中窃听用户窃听到的数据等同于第一时隙窃听到的发射机的传输数据。
使用本发明设计的全双工中继系统中断概率Pout可以表示为
Figure BDA0002162312230000112
其中，CS为瞬时安全容量，RS为设定安全速率门限值。
传输链路中γB的累计分布函数可以表示为
Figure BDA0002162312230000113
Pr(·)代表给定事件的发生概率，x为设定的γAR和γRB低于某一限定值。上式可以进一步表示为
Figure BDA0002162312230000114
其中
Figure BDA0002162312230000115
Figure BDA0002162312230000116
同理，窃听链路中γE的条件概率密度函数可表示为
Figure BDA0002162312230000121
以下结合附图提供具体的实例：在一个单中继多天线窃听系统中设定安全速率门限RS＝2，设PR＝PS，则系统信噪比定义为PS/σ2，各个链路的噪声方差
Figure BDA0002162312230000122
中继向窃听用户发射干扰功率设为PJ＝20dB。图中SC-MRT/ZFB表示本发明方法，SC/ZFB表示半双工模式下选择合并/迫零波束赋形方法，MRC/MRT表示全双工模式下选择合并/最大比发送方法。
图3给出了瑞利衰落信道条件下三种不同物理层安全传输方法的安全中断性能曲线分布图。横轴表示系统信噪比PS/σ2，纵轴表示系统安全中断概率(Secrecy OutageProbability/SOP)。仿真时设定：RS＝2,NR＝4，PJ＝20dB，α＝0.05。由图中可以看出基于本发明方法的系统安全中断性能在高信噪比条件下优于选择合并/迫零波束赋形和最大比合并/最大比发送方案，在发送信噪比超过10dB时基于本发明方法的系统安全中断性能明显开始优于选择合并/迫零波束赋形和最大比合并/最大比发送方案。此外，在高信噪比条件下本发明方法的系统安全性能明显优于其他两种方案的系统安全性能，这是因为本发明方法在第一跳传输过程中接收信号同时对窃听用户发射干扰信号，使窃听用户窃听到的传输链路的传输数据最小化。
图4给出了瑞利衰落信道条件下本发明方法随全双工中继节点配置天线数目NR变化时系统的安全中断概率曲线变化效果图。横轴表示全双工中继节点配置天线数目NR，纵轴表示系统的安全中断概率。仿真时假定：RS＝2，SNR分别为11dB、13dB和15dB。由图中可以看出本发明方法中，在SNR固定时的安全中断性能随全双工中继节点天线数目NR的增加而提升；在NR固定时，系统安全中断概率的趋势在随着SNR的增大而降低。

Claims (4)

1.一种全双工中继网络的物理层安全传输方法，其特征在于，包括信道估计、系统数据传输、窃听用户窃听三个阶段，具体为：
(1)信道估计阶段：
发射机向配置NR根天线的全双工中继节点发送导频信号，全双工中继节点选择合并方案处理接收的信号，计算全双工中继节点不同接收天线的瞬时接收信干噪比；
全双工中继节点的NR根天线根据接收导频信号的强度，选择全双工中继节点配置最佳的接收天线序号i*，剩余天线选定为全双工干扰天线；
(2)系统数据传输阶段：
第一时隙，发射机向全双工中继节点的最佳接收天线发送数据，同时全双工中继节点剩余的NR-1根天线采用最大比发射方案向窃听用户发射干扰信号，干扰窃听用户的窃听；
第二时隙，全双工中继节点通过译码转发协议向接收机转发信号，同时在全双工中继节点处采用迫零波束赋形方法，即将窃听用户对应到转发信号零空间的同时，最大化目的接收机接收信号的信噪比；
(3)窃听用户窃听阶段：
窃听用户窃听发射机发送数据，并受到全双工中继节点发射干扰数据的干扰；
信道估计阶段，所述计算全双工中继节点不同接收天线的瞬时接收信干噪比，具体如下：
发射机和全双工中继节点第i根天线之间链路的瞬时接收信干噪比
Figure FDA0003739849170000011
为：
Figure FDA0003739849170000012
其中hARi表示发射机与全双工中继节点第i根天线之间的信道系数，hRR表示全双工中继节点处自干扰信道系数，|hARi|2的均值E[|hARi|2]＝λAR，λAR为给定常数，
Figure FDA0003739849170000013
为全双工中继节点处的噪声功率；PS为发射机的发射功率；PJ为全双工中继干扰信号发射功率；α为全双工中继节点自干扰消除后的自干扰功率残余因子；
窃听用户窃听阶段，窃听用户窃听发射机发送数据，并受到全双工中继节点发射干扰数据的干扰，具体如下：
第一时隙：窃听用户窃听发射机发送数据的同时受到全双工中继节点发射干扰数据的干扰，由此，第一时隙中窃听用户处的瞬时信干噪比γE为：
Figure FDA0003739849170000021
其中hAE表示发射机与窃听用户之间的信道向量，hRE表示全双工中继节点与窃听用户之间的(NR-1)×1维信道向量，
Figure FDA0003739849170000022
为窃听用户处的噪声功率；PS为发射机的发射功率，PJ为全双工中继干扰信号发射功率；
第二时隙：窃听用户窃听NR根天线的全双工中继节点转发的数据，由于全双工中继节点处采用了迫零波束赋形方法，窃听用户无法窃听全双工中继节点转发的数据，因此，窃听用户仅在第一时隙窃听到了发射机发送的数据信息。
2.根据权利要求1所述的全双工中继网络的物理层安全传输方法，其特征在于，系统数据传输阶段，发射机和全双工中继节点最佳接收天线之间的瞬时信干噪比γAR为：
Figure FDA0003739849170000023
其中，hARi表示发射机与全双工中继节点第i根天线之间的信道系数，PS为发射机的发射功率；hRR表示全双工中继节点收到自干扰的信道系数，PJ为全双工中继干扰信号发射功率；α为全双工中继节点自干扰消除后的自干扰功率残余因子，NR为全双工中继节点配置的天线数量，
Figure FDA0003739849170000024
为全双工中继节点处的噪声功率。
3.根据权利要求1或2所述的全双工中继网络的物理层安全传输方法，其特征在于，系统数据传输阶段，全双工中继节点和接收机之间链路的瞬时接收信噪比γRB为：
Figure FDA0003739849170000025
其中hRB表示全双工中继节点与接收机之间的NR×1维信道向量，||hRB||2的均值E[||hRB||2]＝λRB，λRB为给定常数，PR为全双工中继节点的发射功率，
Figure FDA0003739849170000026
为接收机处的噪声功率；
wZF表示预编码向量，且满足如下条件：
Figure FDA0003739849170000031
Figure FDA0003739849170000032
其中hRB表示全双工中继节点与接收机之间的(NR-1)×1维信道向量，
Figure FDA0003739849170000033
为向量的共轭转置，||·||F为Frobenius范数，HRE表示全双工中继节点与窃听用户之间的(NR-1)×1维信道向量，NR为全双工中继节点配置的天线数量；
为了将窃听用户对应到转发信号的零空间内，全双工中继节点处预编码向量wZF设计为：
Figure FDA0003739849170000034
其中
Figure FDA0003739849170000035
表示秩为NR-2的矩阵。
4.根据权利要求3所述的全双工中继网络的物理层安全传输方法，其特征在于，多天线全双工中继场景下基于译码转发协议的传输链路的瞬时信噪比γB为：
γB＝min(γAR,γRB)
其中，γAR为发射机和全双工中继节点最佳接收天线之间的瞬时信干噪比，γRB为全双工中继节点和接收机之间链路的瞬时接收信噪比。
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