[發明專利]多基站協作場景中基于安全速率優化的預編碼方法

有效

• 申請號: 201310493232.0
• 申請日: 2013-10-18
• 公開（公告）號: CN103546210A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 苗萌;李莉;周濤;張靜;羅漢文
• 申請（專利權）人: 上海師范大學
• 主分類號: H04B7/06
• 分類號: H04B7/06;H04L25/02
• 代理公司: 上海申新律師事務所 31272
• 代理人: 竺路玲

1.一種多基站協作場景中基于安全速率優化的預編碼方法，基于包括K個基站、一個用戶和一個竊聽者，一個用于信號處理的中央處理器的通信系統結構，其特征在于，包括以下步驟：

A.K個基站同時向用戶發送訓練序列P₁，用戶根據接收到的信號進行信道估計，得到基站與用戶之間的信道信息竊聽者根據接收到的信號對信道進行估計，得到基站與竊聽者之間的信道信息

B.中央處理器根據基站與用戶之間的信道信息和基站與竊聽者之間的信道信息計算所有基站的預編碼矩陣F，其中F=blkdiag{F₁,F₂,…F_K}，F_i為第i個基站的預編碼矩陣,并將F_i反饋給第i個基站，i=1,2,…K；

C.K個基站將要發送的信號s經過預編碼處理后發送給用戶，假設第i個基站有N_i根收發天線，用戶有N_u根收發天線，竊聽者有N_e根收發天線，用戶、竊聽者接收到的信號分別表示為：

yu=Σi=1KHi(u)Fis+nu]]>

ye=Σi=1KHi(e)Fis+ne]]>

其中，分別是一個N_u×N_i階、N_e×N_i階的矩陣，分別表示第i個基站和合法用戶之間、竊聽者之間的信道；F_i是一個N_i×N_i階的矩陣，表示第i個基站的預編碼矩陣；s是一個N_i×1的向量，表示基站發射的信號，并且其中E{x}表示x的數學期望，上標H表示共軛轉置運算；n_u、n_e分別是一個N_u×1、N_e×1的向量，分別表示用戶端、竊聽者端的高斯白噪聲，并且E{neneH}=σe2I;]]>

D.用戶端和竊聽者對接收到的信號進行檢測處理，分別得到估計的發送信號s₁，s₂。

2.根據權利要求1所述的多基站協作場景中基于安全速率優化的預編碼方法，其特征在于，第B步中所述的所有基站的預編碼矩陣F的計算步驟如下：

（1）、將優化系統安全速率進行凸優化；定義系統的安全速率為：C=∣C_u－C_e∣⁺，其中∣x∣⁺表示取0與x間的最大值，C_u、C_e分別表示用戶、竊聽者的速率，且計算如下：C_u=log(1+SNR_u)、C_e=log(1+SNR_e)，其中SNR_u、SNR_e分別表示用戶和竊聽者的信噪比；

然后，把優化C_u和C_e轉化為分別優化SNR_u和SNR_e；此時，目標成為最大化SNR_u，同時各基站需要滿足各自的功率約束，SNR_e也要小于一個閾值，閾值取0至2之間的數，約束條件表示為：

Tr(FiFiH)≤Pi,i=1,2,...K]]>

SNR_e≤r_e

其中，SNRu=||Σi=1KHi(u)Fi||2||nu||2,SNRe=||Σi=1KHi(e)Fi||2||ne||2,]]>r_e表示竊聽者的閾值；

（2）、設計各基站的預編碼矩陣，最大化系統的安全速率；定義矩陣F，且F=blkdiag{F₁,F₂,…F_K}，得到P_i是由“0”和“1”排列組成的的矩陣；同時，引入等式vec(F)=T_ff和W=ff^H，這里f定義為：

f=vec(F1)vec(F2)...vec(FK)]]>

T_f是由“0”和“1”組成的矩陣；

此時，SNR_u和約束條件的表達式分別改寫為：

||Σi=1KHi(u)Fi||2||nu||2=Tr(AW)Nuσu2]]>

Tr(CW)≤P_i,i＝1,2,…K

Tr(BW)≤r~e]]>

rank(W)＝1

忽略rank(W)＝1的約束條件，轉化為一個半正定規劃，由內點法解得最優的預編碼矩陣；

其中，A=Σi=1KΣj=1KTfH(PjTPi)T⊗(PiTHi(u)HHj(u)Pj)Tf,]]>

B=Σi=1KΣj=1KTfH(PjTPi)T⊗(PiTHi(e)HHj(e)Pj)Tf,C=TfH(PiTPi)T⊗(PiTPi)Tf.]]>