[發(fā)明專利]一種基于頻控陣波束賦形的物理層安全通信方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611191654.2
• 申請日: 2016-12-21
• 公開（公告）號: CN106656293B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林靜然;楊金泰;利強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: H04B7/06
• 分類號: H04B7/06;H04W12/02
• 代理公司: 成都正華專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51229
• 代理人: 李蕊;李林合

1.一種基于頻控陣波束賦形的物理層安全通信方法，其特征在于，包括步驟：

(1)設(shè)置初始化參數(shù)；

(2)根據(jù)初始化參數(shù)，計算在預(yù)先設(shè)定頻率偏移范圍約束下的最優(yōu)頻率偏移，以得到天線發(fā)射頻率向量；

(3)根據(jù)所述天線發(fā)射頻率向量，利用矩陣分解技術(shù)計算最優(yōu)陣列傳輸波束向量，并計算系統(tǒng)的安全速率；

設(shè)置初始化參數(shù)包括：

初始化參數(shù)r_u,r_e,θ_u和θ_e，其中，r_u,r_e,分別表示目標(biāo)用戶與竊聽者和信源天線之間的空間距離，θ_u和θ_e分別表示目標(biāo)用戶與竊聽者和信源天線之間連線與正北方向的夾角；

初始化信源天線數(shù)M；每根信源天線的最大頻率偏移量為ΔF，信號參考載頻為f_c；

根據(jù)公式初始化陣列天線之間的間距，其中，c表示電磁波傳播速率；

初始化系統(tǒng)總功率上限P及通信系統(tǒng)中的噪聲方差σ²。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于頻控陣波束賦形的物理層安全通信方法，其特征在于，所述步驟(2)包括以下步驟：

(21)初始化迭代次數(shù)k＝0，m＝(kmodM)+1，其中，(kmodM)表示k除以M的余數(shù)；初始化可行點(diǎn)使得向量f^(k)的每個分量f_i^(k)(i＝1,2,...,M)均在[f_c,f_c+ΔF]范圍內(nèi)；初始化算法迭代計算精度ε，其中ε是一個預(yù)先設(shè)定的常數(shù)，計算目標(biāo)函數(shù)值其中，為第m根天線傳輸信號的相位因子；

(22)更新其具體包括：

(221)初始化n＝1；

(222)若n＝m，則

其中，κ為斜率參數(shù)，ζ為中心點(diǎn)參數(shù)，δ為偏移量參數(shù)，執(zhí)行步驟(225)；否則，執(zhí)行步驟(223)；

(223)計算斜率參數(shù)

(224)判定是否滿足，若滿足，則

其中，[δ_m,n]⁺＝max{0,δ_m,n}；

否則，若則

其中分別表示ω向正數(shù)方向取整數(shù)和負(fù)數(shù)方向取整數(shù)；

(225)若n＝M，執(zhí)行步驟(226)；否則，令n＝n+1，返回步驟(222)；

(226)更新

判斷是否成立，若成立，則令

判斷是否成立，若成立，則令

(23)令

利用更新后的頻率向量計算

(24)判斷是否成立，若成立，

則k＝k+1，m＝(kmodM)+1，返回步驟(22)；

否則，輸出最優(yōu)解其中f^*＝f^(k+1)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于頻控陣波束賦形的物理層安全通信方法，其特征在于，所述步驟(3)包括以下步驟：

(31)計算頻控陣波束矢量，分別表示為目標(biāo)用戶和竊聽者對應(yīng)的頻控陣傳輸信道矢量，分別根據(jù)公式

計算目標(biāo)用戶和竊聽者信道矢量的第m個分量，其中m＝1,2,...M；

(32)分別根據(jù)目標(biāo)用戶與竊聽者的公式

計算目標(biāo)用戶與竊聽者的信道協(xié)方差矩陣，其中分別表示h_u,h_e的共軛轉(zhuǎn)置向量，

根據(jù)公式計算中間變量矩陣

其中，I_M×M是大小為M×M的單位矩陣；

(33)計算最優(yōu)波束成形加權(quán)向量，根據(jù)公式

計算目標(biāo)用戶與竊聽者的頻控陣波束成形向量，其中w^*為M×1的向量，其第m個分量為其中表示向量ξ的共軛轉(zhuǎn)置向量，且λ_Σ和v_Σ分別為矩陣Σ的最大特征值和與其相對應(yīng)的特征向量；sgn{λ_∑}為符號函數(shù)，若λ_Σ分別取正數(shù)、零和負(fù)數(shù)，sgn{λ_Σ}的值分別取1、0和－1，

[sgn{λ_Σ}]⁺＝max{0,sgn{λ_Σ}}

(34)當(dāng)載波頻率取得最優(yōu)值頻控陣波束成形加權(quán)向量取得最優(yōu)值時，根據(jù)公式R_s＝log(1+λ_Σ[sgn(λ_Σ)]⁺)，計算系統(tǒng)的安全速率。