[發明專利]雙向不可信中繼網絡中聯合波束成形和最優功率分配方法

有效

• 申請號: 201710957051.7
• 申請日: 2017-10-16
• 公開（公告）號: CN107733490B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 姚如貴;姚魯坤;陸亞南;徐菲;徐娟
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H04B7/0426
• 分類號: H04B7/0426;H04B7/0456;H04W52/46;H04L25/03;H04B7/155
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 顧潮琪

本發明提供了一種雙向不可信中繼網絡中聯合波束成形和最優功率分配方法，設計源節點和目的節點處的干擾信號預編碼矩陣Q_A和Q_B，使到達中繼節點的協作干擾信號功率最大化；聯合優化有用信號預編碼矩陣F_A和F_B以及每個用戶發送有用信號和協作干擾信號的功率分配方案，從而進一步提高網絡的可達安全速率。本發明將有用信號對齊到等效信號空間并強制干擾信號正交，同時生成每個用戶的最優功率分配，最大限度地提高安全速率。

技術領域

本發明涉及一種波束成形和功率分配方法。

背景技術

近年來，無線網絡的安全性問題受到了越來越多的關注，與傳統加密機制不同，物理層安全具有較低的計算復雜度和節省時間與頻譜資源的優點。由于改善無線通信的安全性問題變得越來越迫切，物理層安全在理論研究與實際應用中都得到了廣泛的重視。

隨著通信資源的短缺和多天線技術的發展，基于多天線的物理層安全研究引起了廣泛關注。實際應用系統中，信源、信宿和中繼一般配置多個天線，為系統優化提供更大的自由度(Degrees of Freedom,DoF)和靈活性。然而，系統的優化復雜度急劇增加。另外，對于可以提高物理層安全的目標協作干擾(Destination-Assisted-Jamming, DAJ)技術，優化每個用戶有用信號和協作干擾信號的功率分配可以進一步提升安全速率。因此，研究雙向不可信中繼網絡的波束成形技術、設計高效的優化算法以尋求最優功率分配對提升系統總安全速率有著重要的意義。

文獻1“Spectral efficient protocols for half-duplex fading relaychannels[IEEE Journal on Selected Areas in Communications,vol.25,no.2,2007].”針對可信中繼網絡，得到協作中繼可提高系統可達安全速率的結論，并提出了雙向中繼傳輸方案，可以在兩個時隙內完成兩個源節點之間的信息交換，有效提升了頻譜效率。

文獻2“Cooperation with an untrusted relay:A secrecy perspective[IEEETransactions on Information Theory,vol.56,no.8,pp.3807–3827,2009].”針對單天線單向不可信中繼網絡，證明了采用DAJ方案將不可信中繼節點用于通信比單純將其看作竊聽節點可達到的安全速率更高。

文獻3“Joint secure beamforming design at the source and the relay foran amplify-and forward MIMO untrusted relay system[IEEE Transactions onSignal Processing,vol.60,no. 1,pp.310–325,2012].”針對多天線單向全雙工傳輸網絡，指出不可信中繼在具有放大轉發(Amplify-and-Forward,AF)或壓縮轉發(Compress-and-Forward,CF)的協作傳輸中有較大的作用，可以提高系統的安全速率，并證明了聯合信源和不可信中繼進行波束成形可以使得可達安全速率最大化。

文獻4“Destination-based cooperative jamming in untrusted amplify-and-forward relay networks:resource allocation and performance study[IETCommunications,vol.10, no.1,pp.17–23,2016].”針對多天線單向不可信中繼網絡，給出了在高信噪比 (Signal-Noise Ratio,SNR)條件下，信源和信宿其中一方或雙方都配備了大規模天線陣列下的最優功率分配的閉合表達式。