[發(fā)明專利]一種大規(guī)模MIMO波束域安全通信方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710457107.2
• 申請(qǐng)日: 2017-06-16
• 公開（公告）號(hào): CN107294575B
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高西奇;吳文謙
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B7/0426
• 分類號(hào): H04B7/0426;H04B7/06
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 王安琪

1.一種大規(guī)模MIMO波束域安全通信方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)基站通過(guò)模擬多波束成形或數(shù)字多波束成形或模擬與數(shù)字混合波束成形的方法生成能夠覆蓋整個(gè)小區(qū)的波束集合，基站在生成的波束上與合法用戶進(jìn)行波束域安全通信；基站側(cè)配置由大量天線所構(gòu)成的天線陣列，基站通過(guò)模擬多波束成形或數(shù)字多波束成形或模擬與數(shù)字混合波束成形的方法生成能夠覆蓋整個(gè)小區(qū)的大規(guī)模波束集合，實(shí)現(xiàn)空間資源的波束域劃分，基站在同一時(shí)頻資源上與多個(gè)合法用戶進(jìn)行安全通信，該安全通信的過(guò)程在波束域上實(shí)施

(2)基站利用合法用戶和竊聽用戶的波束域統(tǒng)計(jì)信道信息對(duì)發(fā)送信號(hào)進(jìn)行功率分配，或者基站通過(guò)合法用戶和竊聽用戶的波束域統(tǒng)計(jì)信道信息為每個(gè)合法用戶分配不同的波束或波束子集進(jìn)行通信；基站利用合法用戶和竊聽用戶的波束域統(tǒng)計(jì)信道信息對(duì)發(fā)送信號(hào)進(jìn)行功率分配或?yàn)槊總€(gè)合法用戶分配不同的波束進(jìn)行通信，竊聽用戶偽裝成小區(qū)中空閑的合法用戶，在上行信道探測(cè)階段，合法用戶和竊聽用戶發(fā)送上行探測(cè)信號(hào)，基站根據(jù)接收到的探測(cè)信號(hào)，估計(jì)出實(shí)施用戶功率分配或波束選擇所需的波束域統(tǒng)計(jì)信道信息，具體的功率分配算法包括基于確定性等同的迭代算法和迭代注水算法。

2.如權(quán)利要求1所述的大規(guī)模MIMO波束域安全通信方法，其特征在于，基于確定性等同的迭代算法包括如下步驟：

(1)利用大維隨機(jī)矩陣?yán)碚摚ㄟ^(guò)合法用戶的波束域統(tǒng)計(jì)信道信息，計(jì)算可達(dá)遍歷安全和速率下界表達(dá)式中第一項(xiàng)的確定性等同；

(2)計(jì)算可達(dá)遍歷安全和速率下界表達(dá)式中被減項(xiàng)關(guān)于功率分配矩陣的導(dǎo)數(shù)；

(3)迭代求解關(guān)于功率分配的凸優(yōu)化問題，所述功率分配問題的目標(biāo)函數(shù)是先將可達(dá)遍歷安全和速率下界表達(dá)式中的被減項(xiàng)利用前一次迭代所得的功率分配矩陣和安全和速率下界表達(dá)式中被減項(xiàng)關(guān)于功率分配矩陣的導(dǎo)數(shù)進(jìn)行一階近似，即是將導(dǎo)致安全和速率下界表達(dá)式非凸的一部分線性化，將可達(dá)遍歷安全和速率下界表達(dá)式中第一項(xiàng)替換為其確定性等同表達(dá)式，從而獲得關(guān)于功率分配的凸優(yōu)化問題；

(4)利用迭代注水算法求解上述凸優(yōu)化問題，獲得功率分配矩陣，并計(jì)算此時(shí)可達(dá)遍歷安全和速率下界的確定性等同；

(5)迭代上述過(guò)程直至安全和速率下界的確定性等同收斂，即前后兩次迭代結(jié)果的安全和速率下界的確定性等同之差小于某個(gè)預(yù)設(shè)門限值。

3.如權(quán)利要求1所述的大規(guī)模MIMO波束域安全通信方法，其特征在于，迭代注水算法包括如下步驟：

(1)為所有用戶的每個(gè)波束定義其對(duì)應(yīng)的迭代注水子函數(shù)；某一波束的迭代注水子函數(shù)是將除該波束外所有波束的上一次功率分配結(jié)果代入基于確定性等同的迭代算法的步驟(4)中凸優(yōu)化問題的目標(biāo)函數(shù)后所得的函數(shù)，計(jì)算所有波束的迭代注水子函數(shù)的算術(shù)平均，得到新的目標(biāo)函數(shù)，并將原問題轉(zhuǎn)化為迭代求解一系列凸問題；

(2)利用KKT條件得到與優(yōu)化問題等價(jià)的分式方程，通過(guò)求解該分式方程得到計(jì)算注水結(jié)果需要的輔助矩陣；

(3)利用上一步獲得的輔助矩陣，更新的注水結(jié)果；

(4)迭代上述過(guò)程，直至前后兩次注水結(jié)果的目標(biāo)函數(shù)值之差小于某個(gè)預(yù)設(shè)門限值，并在迭代結(jié)束時(shí)將注水結(jié)果賦值給基于確定性等同的迭代算法中步驟(4)所求的功率分配矩陣。