[發明專利]一種認知星-地網絡的安全傳輸方法

有效

• 申請號: 201711420509.1
• 申請日: 2017-12-25
• 公開（公告）號: CN108012273B
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發明（設計）人: 費澤松;李斌;蔣逸凡;戴曼;匡鏡明
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H04W16/14
• 分類號: H04W16/14;H04B7/0408;H04B7/185
• 代理公司: 北京理工正陽知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鮑文娟

1.一種基于認知星-地網絡的物理層安全傳輸方法，其特征在于：基于認知星-地共存網絡，該網絡包括衛星網絡和地面網絡，二者共享同一頻譜資源；在衛星網絡中，具有單天線的衛星SAT在有竊聽者Eve試圖在同種波束中監聽SAT發送的信息的情況下向衛星終端PU發送機密消息；在地面網絡中，地面基站BS配備N_t根發射天線，與地面用戶終端SU通信；PU、Eve與SU均為單天線；在該認知星-地共存網絡中存在共道干擾，即由于SAT和BS發送數據時使用同一信道，PU、Eve和SU都會收到來自SAT和BS兩方的信號；且BS只能獲悉PU、Eve與SU的隨機信道狀態信息CSI，包括以下步驟：

步驟1：利用凸優化工具求解波束形成向量

定義矩陣其秩為rank(W)＝1，且須為半正定矩陣，是波束形成向量，列出如式(1a)-(1d)的凸SDP問題；

其中，μ_i,為解決凸優化問題需要引入的松弛變量，A＝-W，Ω_p表示PU與BS之間的信道估計誤差協方差矩陣且須為半正定矩陣；Ω_e表示Eve與BS之間的信道估計誤差協方差矩陣且須為半正定矩陣；Ω_s表示SU與BS之間的信道估計誤差協方差矩陣且須為半正定矩陣；為維度為N_t的單位矩陣，N_t為BS配備的天線個數，和分別為PU、Eve和SU的基站側準確信道估計值，和表示和的共軛轉置；P_p表示SAT的發射功率；γ_p＞0表示PU需要達到的信號與干擾加噪聲比(SINR，Signal toInterference plus Noise Ratio)目標，γ_e＞0表示Eve的最大可容忍SINR，γ_s＞0表示保證可靠通信的SU的最小SINR閾值；h_p表示從SAT到PU之間的信息鏈路的信道參數，h_e表示從SAT到Eve之間的竊聽鏈路的信道參數，h_s表示從SAT到SU之間的干擾鏈路的信道參數；表示PU端的背景噪聲功率；表示Eve端的背景噪聲功率；表示SU端的背景噪聲功率；I_m(·)表示卡方隨機變量的逆累積分布函數且自由度為m＝2N_t；ρ_p∈(0,1]，ρ_e∈(0,1]，ρ_s∈(0,1]分別表示PU、Eve以及SU的最大中斷概率；和分別表示PU、Eve和SU與BS之間的信道誤差；表示皆為具有零均值和協方差Ω_i,i∈{p,e,s}的高斯隨機變量，表示皆為具有零均值和協方差的高斯隨機變量；表示從BS到PU之間的信息鏈路的信道參數，表示從BS到Eve之間的竊聽鏈路的信道參數，表示從BS到SU之間的干擾鏈路的信道參數；R_p是PU與BS之間的信道的相關矩陣，[R_p]_m,n為其第(m,n)個元素，R_e是Eve與BS之間的信道的相關矩陣，[R_e]_m,n為其第(m,n)個元素，R_s是SU與BS之間的信道的相關矩陣，[R_s]_m,n為其第(m,n)個元素；表示PU和BS之間的信道增益，服從參數為1的瑞利分布，表示Eve和BS之間的信道增益，服從參數為1的瑞利分布，表示SU和BS之間的信道增益，服從參數為1的瑞利分布；b(φ_p)為PU端的波束增益因子，b(φ_e)為Eve端的波束增益因子，b(φ_s)為SU端的波束增益因子；服從參數為的萊斯陰影衰落分布，2b_p是PU與BS之間的信道的散射分量的平均功率，是PU與BS之間的信道的直射分量的平均功率，0≤m_p≤∞是PU與BS之間的信道的Nakagami衰落參數；服從參數為的萊斯陰影衰落分布，2b_e是Eve與BS之間的信道的散射分量的平均功率，是Eve與BS之間的信道的直射分量的平均功率，0≤m_e≤∞是Eve與BS之間的信道的Nakagami衰落參數；服從參數為的萊斯陰影衰落分布，2b_s是SU與BS之間的信道的散射分量的平均功率，是SU與BS之間的信道的直射分量的平均功率，0≤m_s≤∞是SU與BS之間的信道的Nakagami衰落參數；b_max為最大衛星天線增益，J₁(·)和J₃(·)對應于1階和3階的第一類貝塞爾函數，φ_p代表PU與SAT中心波束中心之間的夾角，φ_e代表Eve與SAT中心波束中心之間的夾角，φ_s代表SU與SAT中心波束中心之間的夾角，φ_3dB代表3-dB角度，θ_p為PU端的偏離角，θ_e為Eve端的偏離角，θ_s為SU端的偏離角；Δθ_p是PU端的角度擴展，Δθ_e是Eve端的角度擴展，Δθ_s是SU端的角度擴展；λ代表載波波長；d是BS端兩個相鄰天線之間的距離；

步驟2：BS以步驟一得到的波束形成向量完成波束成形并傳輸數據。