一种基于喷泉码的安全传输离散功率控制方法与流程

技术特征：

1.一种基于喷泉码的安全传输离散功率控制方法，其特征在于，在使用喷泉码进行无线数据传输之前，发送端首先要将待传的私密文件划分为相关联的k个喷泉码数据包s₁,s₂,...,s_k，且每个喷泉码的包长为L，该方法包括以下步骤：

1)每个时隙发送端采用喷泉码编码方法完成一个喷泉包的编码过程，并根据瞬时信噪比γ得到在不同的发送功率μ下的最大的速率R(μ|γ)；

2)发送端根据在不同的信噪比下的最大速率R(μ|γ)计算功率受限时每个时隙中单位功率增加时的速率最佳变化率λ^*以及每个时隙中喷泉码最大的发送个数ω；

3)系统根据用户反馈的瞬时信噪比γ，计算在当前的瞬时信噪比γ时发送不同数目喷泉码数据包所对应功率的次梯度区间，并判断最佳速率变化率λ^*是属于发送哪一个数目喷泉码功率的次梯度区间，发送端根据λ^*所属的区间判断发送喷泉码数据包的个数i，计算发送i个喷泉包需要分配的功率μ⁽ⁱ⁾。

2.根据权利要求1所述的基于喷泉码的安全传输离散功率控制方法，其特征在于，步骤1)中得到不同发送功率μ下最大速率R(μ|γ)的具体步骤如下：

1-1)发送端首先根据用户被分配的带宽B和喷泉码的包长L，得到在指定瞬时信噪比γ下发送不同数目的喷泉码j时发送端需要的功率：

${\mathrm{\μ}}^{\left(j\right)}=\frac{1}{\mathrm{\γ}}(2^{\frac{jL}{BT}}-1)$

此时j表示的是发送的喷泉码数据包的个数，j的取值范围是整个自然数；

1-2)在指定瞬时信噪比γ下，不同发送功率的得到的速率是(iL,μ^(j))的凸组合，为了最大化发送功率，取在相同发送功率情况下最大的速率R(μ|γ)，得到：

$R\left(\mathrm{\μ}\right|\mathrm{\γ})=\frac{L\mathrm{\γ}}{2^{\frac{jL}{BT}}(2^{\frac{L}{BT}}-1)}\mathrm{\μ},{\mathrm{\μ}}^{\left(j\right)}\≤\mathrm{\μ}\<{\mathrm{\μ}}^{(j+1)}$

此时每个时隙中发送喷泉包的最大数目是没有限制的，范围为整个自然数。

3.根据权利要求1所述的基于喷泉码的安全传输离散功率控制方法，其特征在于，步骤2)中最佳速率变化率λ^*和每个时隙中发送的最大喷泉码个数ω确定的具体步骤如下：

2-1)建立最大化用户均值速率的Lagrangian公式：

$L(\mathrm{\μ},\mathrm{\λ})={\∫}_{-\mathrm{\∞}}^{+\mathrm{\∞}}R\left(\mathrm{\μ}\right|\mathrm{\γ})p\left(\mathrm{\γ}\right)d\mathrm{\γ}-\mathrm{\λ}{\∫}_{-\mathrm{\∞}}^{+\mathrm{\∞}}\mathrm{\μ}\left(\mathrm{\γ}\right)p\left(\mathrm{\γ}\right)d\mathrm{\γ}$

在最大化传输速率而建立Lagrangian优化公式时，功率满足限制条件：

$E\[\mathrm{\μ}\]={\∫}_{-\mathrm{\∞}}^{+\mathrm{\∞}}\mathrm{\μ}\left(\mathrm{\γ}\right)p\left(\mathrm{\γ}\right)d\mathrm{\γ}\≤1$

即归一化的功率要小于等于平均功率；

2-2)根据Lagrangian进行数值计算求解得到，增加单位功率时，最佳的速率变化率λ^*；

2-3)根据最大速率变化率λ^*，得到发送端发送喷泉码数据包达到最大信道容量时，每个时隙中喷泉码最大的发送个数ω。

4.根据权利要求1所述的基于喷泉码的安全传输离散功率控制方法，其特征在于，步骤3)确定发送端发送喷泉码数据包个数操作的具体步骤如下：

3-1)根据速率公式R(μ)得到在不同的功率μ时的次梯度区间：

$\∂R\left(\mathrm{\μ}\right)=\left\{\begin{array}{cc}\{\frac{L\mathrm{\γ}}{2^{\frac{jL}{BT}}(2^{\frac{L}{BT}}-1)}-\mathrm{\λ}\}& {\mathrm{\μ}}^{\left(j\right)}\<\mathrm{\μ}\<{\mathrm{\μ}}^{(j+1)}\\ \[\frac{L\mathrm{\γ}}{2^{\frac{jL}{BT}}(2^{\frac{L}{BT}}-1)}-\mathrm{\λ},\frac{L\mathrm{\γ}}{2^{\frac{(j-1)L}{BT}}(2^{\frac{L}{BT}}-1)}-\mathrm{\λ}\]& \mathrm{\μ}={\mathrm{\μ}}^{\left(j\right)},j=1,2,\mathrm{...}\mathrm{\ω}-1\\ (-\mathrm{\∞},\frac{L\mathrm{\γ}}{2^{\frac{(j-1)L}{BT}}(2^{\frac{L}{BT}}-1)}-\mathrm{\λ}\]& \mathrm{\μ}={\mathrm{\μ}}^{\left(\mathrm{\ω}\right)}\\ \[\frac{L\mathrm{\γ}}{2^{\frac{L}{BT}}-1}-\mathrm{\λ},+\mathrm{\∞})& \mathrm{\μ}={\mathrm{\μ}}^{\left(0\right)}\end{array}\right.$

其中，j表示在没有进行功率控制之前指定的信噪比γ下可能发送的喷泉包的个数，L表示的是喷泉包的包长，B表示的是用户被分配的带宽，T是平坦衰落信道的时隙长度，ω表示在指定包长L时达到最大信道容量时最大发送喷泉包个数的最小值，发送端在发送不同的喷泉包的数目的时候发送端会分配相应的功率μ，在不同的功率下速率R(μ)都有相应的次梯度区间

3-2)判断λ^*属于发送多少数目的喷泉码的个数j次梯度区间内，根据λ^*所属的次梯度区间，发送端决定发送喷泉码数据包的个数i，其中i表示的是经过功率控制之后发送端决定发送的喷泉包的个数，同时给发送端分配相应的功率：

${\mathrm{\μ}}^{\left(i\right)}=\frac{1}{\mathrm{\γ}}(2^{\frac{iL}{BT}}-1)$

3-3)如果发送端接收到Bob数据解码完成反馈，则返回到步骤1)；否则文件没有被Bob解码完成，返回到3-2)。