[發明專利]一種基于保密速率約束條件的多用戶MIMO系統波束形成方法

在審

• 申請號: 201410719990.4
• 申請日: 2014-12-01
• 公開（公告）號: CN104618002A
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發明（設計）人: 鞏向武;邵尉;張更新;鐘衛;薛紅;錢祖平;方冰;薛松
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍理工大學
• 主分類號: H04B7/06
• 分類號: H04B7/06
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種基于保密速率約束條件的多用戶MIMO系統波束形成方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟S1、構建一基于保密速率約束條件的多用戶MIMO下行鏈路模型；

步驟S2、基于上述鏈路模型，構建功率控制模型、求解并將結果應用到系統中。

2.如權利要求1所述的基于保密速率約束條件的多用戶MIMO系統波束形成方法，其特征在于，所述多用戶MIMO下行鏈路模型包括一個發送節點，K個合法接收節點和一個竊聽節點；其中，發送節點裝備M_r根天線，用戶i裝備N_i根天線，竊聽方裝備N_e根天線；第i個合法接收節點接收到的信號y_i為：

式中，表示基站對第i個用戶形成的發送波束形成矢量，并歸一化||w_i||＝1，

表示基站到第i個合法用戶的信道增益，

表示第i個合法用戶的接收波束形成矢量，

表示合法節點i接收到的噪聲，其中的每個元素服從均值為零，方差為的高斯分布，

s_i表示基站發送給第i個合法用戶的符號，并歸一化E(|s_i|²)＝1，

P_i表示第i個符號的發送功率；

竊聽端對第i個用戶進行竊聽，得到的信號y_e為：

其中，表示基站到竊聽節點的信道增益，

表示竊聽端的接收波束形成矢量，

表示竊聽節點接收到的噪聲，其中的每個元素服從均值為零，方差為的高斯分布。

3.如權利要求2所述的基于保密速率約束條件的多用戶MIMO系統波束形成方法，其特征在于，所述步驟2具體為：

步驟S21、設合法用戶i的保密速率C_i為：

C_i＝log₂(1+Γ_i)-log₂(1+Γ_ei)

式中，Γ_i為合法用戶i接收到的信干噪比，且：

Γ_ei為竊聽方對第i個用戶進行竊聽時的接收信干噪比，且：

步驟S22、構建合法用戶i的保密速率在滿足一定約束的條件時，基站最小發送功率的問題模型：

式中，p＝(P₁，…，P_K)，

R_i表示第i個用戶的保密速率約束值；

步驟S23、假設用戶的接收波束形成已知并設為將上述模型表示為：

4.如權利要求3所述的基于保密速率約束條件的多用戶MIMO系統波束形成方法，其特征在于，求解步驟S23中所述模型的步驟具體為：

步驟S231、初始化松弛變量為r⁽⁰⁾，初始化為并設置迭代步數k；

步驟S232、在固定的r^(k-1)下，求解

步驟S233、如果如果通過矩陣分解得到否則，采用隨機化方法求解如果不滿足約束條件，將映射為最接近的問題的可行解，中止；否則k＝k+1；

步驟S234、更新r^(k)，返回步驟S232。

5.如權利要求4所述的基于保密速率約束條件的多用戶MIMO系統波束形成方法，其特征在于，所述步驟S233中的隨機化方法具體為：

步驟S233a、將步驟S23獲得的問題模型進一步轉化為：

W_i≥0

r_i＞1；

步驟S233b、將W_i進行特征值分解：W_i＝U∑U^H；

步驟S233c、選擇一個隨機的矢量該矢量的每個元素都是獨立的隨機變量，均勻分布在復平面上的單位圓內，即其中θ_i獨立均勻分布在[0，2π)；

步驟S233d、計算滿足的