[發(fā)明專利]一種多用戶對端到端中繼系統(tǒng)的安全預編碼方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611241689.2
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN106788643B
• 公開（公告）日: 2020-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔡躍明;曹闊;楊煒偉;楊文東;吳丹
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍理工大學
• 主分類號: H04B7/0456
• 分類號: H04B7/0456;H04L25/02;H04L25/03
• 代理公司: 11467 北京德崇智捷知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 衛(wèi)麟

1.一種多用戶對端到端中繼系統(tǒng)中用于物理層安全的預編碼方法，所述系統(tǒng)包括一個中繼節(jié)點(R)，K個源節(jié)點(S₁,S₂,...,S_k,...,S_K)，K個目的節(jié)點(D₁,D₂,...,D_k,...,D_K)和J個竊聽節(jié)點(E₁,E₂,...,E_j,...,E_J)，每一個所述源節(jié)點(S_k)分別與其對應的第k個目的節(jié)點(D_k)構(gòu)成一組用戶對({S_k,D_k})，共構(gòu)成K組用戶對({S₁,D₁},{S₂,D₂},...,{S_k,D_k},...,{S_K,D_K})，所述中繼節(jié)點(R)包含N根天線(R₁,R₂,...,R_n,...,R_N)，其中N為天線根數(shù)，N為正整數(shù)且滿足N≥K+J，其中，所述用戶對個數(shù)K和竊聽節(jié)點個數(shù)J均為正整數(shù)，k為[1,K]范圍內(nèi)的任一整數(shù)，表示所述每一組用戶對({S_k,D_k})的編號；j為[1,J]范圍內(nèi)的任一整數(shù)，表示所述每一個竊聽節(jié)點(E_j)的編號；n為[1,N]范圍內(nèi)的任一整數(shù)，表示所述每一根天線(R_n)的編號，其特征在于，預編碼步驟如下：

第一步，信道估計：所述中繼節(jié)點(R)首先接收全部用戶對({S₁,D₁},{S₂,D₂},...,{S_k,D_k},...,{S_K,D_K})和全部竊聽節(jié)點(E₁,E₂,...,E_k,...,E_J)反饋的位置信息；然后根據(jù)所述位置信息分別計算所述用戶對中每一個源節(jié)點(S_k)到所述中繼節(jié)點中每一根天線(R_n)的信道增益所述中繼節(jié)點中每一根天線(R_n)到所述用戶對中每個目的節(jié)點(D_k)的信道增益以及所述中繼節(jié)點中每一根天線(R_n)到所述每一個竊聽節(jié)點(E_j)的信道增益再將每一個所述源節(jié)點(S_k)到每一根天線(R_n)的信道增益組合為源節(jié)點信道增益矢量將所述每一根天線(R_n)到每一個目的節(jié)點(D_k)的信道增益組合為目的節(jié)點信道增益矢量將所述每一根天線(R_n)到每一個竊聽節(jié)點(E_j)的信道增益組合為竊聽節(jié)點信道增益矢量

第二步：接收廣播信息：所述用戶對({S₁,D₁},{S₂,D₂},...,{S_k,D_k},...,{S_K,D_K})中的每一個源節(jié)點(S_k)均分別通過中繼節(jié)點向其對應的目的節(jié)點(D_k)發(fā)送私密信息x_k，則記中繼節(jié)點中每根天線(R_n)接收到的信號為將所述中繼節(jié)點中每一根天線(R_n)接收到的信號組合為天線接收信號矢量

第三步：預編碼處理：中繼節(jié)點對天線接收信號矢量進行預編碼運算，得到預編碼矢量信號By_R，其中B為N×N維預編碼矩陣，預編碼矩陣B第l行第q列元素記為B(l,q)，其中l(wèi)和q均為[1,N]范圍內(nèi)的整數(shù)，記預編碼向量b為預編碼矩陣B按列堆棧所得的N²×1維向量，所述預編碼向量b的生成步驟如下：

步驟301：計算每個目的節(jié)點(D_k)處的等效干擾矩陣

F_k＝[f_1,k,f_2,k,...,f_k-1,k,f_k+1,k,...,f_K,k]^T，其中，第i源節(jié)點(S_i)到第k個目的節(jié)點(D_k)的等效干擾向量i∈[1,K],i≠k；

步驟302：計算每個竊聽節(jié)點(E_j)處的等效竊聽矩陣G_j＝[g_1,j,g_2,j,...,g_K,j]^T，其中，第k源節(jié)點(S_k)到第j個竊聽節(jié)點(E_j)的等效竊聽向量

步驟303：計算等效干擾矩陣和等效竊聽矩陣的零空間T，將所有等效干擾矩陣F_k＝[f_1,k,f_2,k,...,f_k-1,k,f_k+1,k,...,f_K,k]^T和等效竊聽矩陣G_j＝[g_1,j,g_2,j,...,g_K,j]^T合并為干擾竊聽矩陣對干擾竊聽矩陣Φ進行奇異值分解則等效干擾矩陣和等效竊聽矩陣的零空間T＝V_Φ(:,[N²-K(K+J-1)+1:N²])；

步驟304：預編碼信號處理消除多用戶干擾和信息泄露：按照下述公式計算預編碼向量其中P_R為中繼轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備功率的最大值；N×N維矩陣Q為中繼節(jié)點接收信號功率的協(xié)方差矩陣，其中P_k為第k個源節(jié)點(S_k)發(fā)送私密信息的功率，為源節(jié)點信道增益矢量的共軛矩陣，為源節(jié)點信道增益矢量的轉(zhuǎn)置矩陣；I_N為N×N維單位陣；σ²為加性高斯白噪聲的方差；(N²-K²-KJ+K)×1維等效波束賦形向量p為所有目的節(jié)點接收功率協(xié)方差矩陣最大特征值對應的單位特征向量，其中，源節(jié)點(S_k)到與其對應目的節(jié)點(D_k)的等效直傳向量最終根據(jù)預編碼向量b得到預編碼矩陣B(l,q)＝b(qN-N+l)；

第四步：轉(zhuǎn)發(fā)信號：所述中繼節(jié)點(R)中的每一根天線(R_n)均按照轉(zhuǎn)發(fā)預編碼矢量信號。