[發明專利]方向調制中基于廣義逆迭代的安全速率最大化合成方法

在審

• 申請號: 201711341137.3
• 申請日: 2017-12-14
• 公開（公告）號: CN108337028A
• 公開（公告）日: 2018-07-27
• 發明（設計）人: 束鋒;萬思明;秦耀璐;徐玲;王進;余海;周小波;桂林卿;陸錦輝;陸造宇;張一晉;李駿
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H04B7/06
• 分類號: H04B7/06
• 代理公司: 江蘇樓沈律師事務所 32254
• 代理人: 沈勇

本發明提供了方向調制中基于廣義逆迭代的安全速率最大化合成方法，在設計有用信號波束成形向量和人工噪聲投影矩陣前，先利用泄露的概念對兩者進行初始化，然后利用廣義逆迭代算法(General power iterative,GPI)更新人工噪聲投影矩陣，同時通過Rayleigh?Ritz方法更新有用信號波束成形向量。為了最大化安全速率，在設計有用信號波束成形向量和人工噪聲投影矩陣時要用到交替迭代結構(Alternatively iterative structure,AIS )，并且需要及時更新對應的安全速率。本發明與傳統的方向調制技術相比安全速率在中高信噪比時得到了極大的提升，并且在期望方向能夠很好的解調出有用信號，在非期望方向難以恢復出有用信號，從而能夠更好地提升系統的安全性能。

技術領域

本發明涉及無線通信技術領域，特別涉及方向調制中基于廣義逆迭代的安全速率最大化合成方法。

背景技術

近年來，隨著移動通信網絡的迅猛發展，信息的私密性也變得尤為重要，傳統的上層加密技術僅僅通過數學方法解決問題，倘若有關數學問題的解決方案一旦被找到則通信過程就極易受到非法用戶的攻擊。于是，研究人員開始將目光投向底層的安全傳輸技術，即物理層安全傳輸技術。為保證安全傳輸最重要的一點是提升期望信道的通信質量，降低竊聽信道的質量，從而保證信息的安全傳輸。

方向調制技術能夠使期望方向解調出有用信號，同時模糊非期望方向的信號，使其無法恢復出有用信號。最初，Wyner提出了Wire-tap模型，并將其與信息論知識相結合證明了可靠傳輸在完美的信道條件下是可以實現的。隨后，人工噪聲的概念被引入無線通信，發射機在發送私密信息的同時發送人工噪聲，使人工噪聲位于合法用戶方向的零空間，即對合法用戶不造成影響，同時最大化其在非法用戶方向的能量，使得非期望方向星座圖扭曲，從而保證私密信息的安全傳輸。另外，符號級預編碼方案和協作中繼也都被考慮用來提升系統的安全性能。

然而，在諸多的不考慮估計角度誤差的三點(發射機、期望接收機、竊聽接收機)方向調制方案中，如何實現安全速率最大化是一個NP-hard問題。因此，本發明提出了方向調制中基于廣義逆迭代的安全速率最大化合成方法，通過交替迭代結構合理設計有用信號波束成形向量和人工噪聲投影矩陣，使安全速率得到提升，同時實現信息的可靠傳輸。

發明內容

為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供方向調制中基于廣義逆迭代的安全速率最大化合成方法，先利用泄露的概念對有用信號波束成形向量和人工噪聲投影矩陣進行初始化，接著利用廣義逆迭代算法更新人工噪聲投影矩陣，同時通過Rayleigh-Ritz方法更新有用信號波束成形向量。另外，在設計有用信號波束成形向量和人工噪聲投影矩陣時要用到交替迭代結構，并且需要實時計算對應的安全速率，直到滿足終止條件迭代結束，從而實現安全速率最大化。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案包括：利用泄露的概念對有用信號波束成形向量和人工噪聲投影矩陣進行初始化；通過廣義逆迭代算法和Rayleigh-Ritz方法更新人工噪聲投影矩陣和有用信號波束成形向量；設計有用信號波束成形向量和人工噪聲投影矩陣時要用到交替迭代結構，同時更新對應的安全速率。

進一步地，具體過程包括：S1.利用泄露的概念初始化有用信號波束成形向量和人工噪聲投影矩陣，在初始化人工噪聲投影矩陣時把人工噪聲當作有用信號，同理，在初始化有用信號波束成形向量時把私密信息當作有用信號；S2.利用廣義逆迭代算法優化人工噪聲投影矩陣需固定對應的有用信號波束成形向量，并且需要對其人工噪聲投影矩陣進行拉直操作；S3.利用Rayleigh-Ritz方法優化有用信號波束成形向量時需固定相應的人工噪聲投影矩陣，并取最大特征值所對應的特征向量；S4.計算人工噪聲投影矩陣和有用信號波束成形向量更新前后所對應的安全速率之差的絕對值，直到滿足終止條件。

進一步地，所述的利用泄露的概念初始化有用信號波束成形向量和人工噪聲投影矩陣相比隨機產生的有用信號波束成形向量和人工噪聲投影矩陣可以提升收斂速率，使期望方向能夠恢復出有用信號，竊聽方向無法恢復有用信號。