[發明專利]一種服務質量保障的大規模MIMO安全傳輸方法

有效

• 申請號: 201811341208.4
• 申請日: 2018-11-12
• 公開（公告）號: CN109347527B
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 尤力;陳旭;王聞今;楊濟源;徐振;吳體昊;仲文;高西奇
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04B7/0426
• 分類號: H04B7/0426;H04B7/06;H04B17/382
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 孟紅梅

1.一種服務質量保障的大規模MIMO安全傳輸方法，其特征在于：包括如下步驟：

(1)小區基站配置大規模天線陣列，基站通過波束賦形生成能夠覆蓋整個小區的波束集合，在生成的波束上與目標用戶進行通信；

(2)基站獲取小區中合法用戶和非法竊聽用戶的波束域統計信道狀態信息，構建服務質量保障的安全傳輸功率分配優化問題，利用Majorization-minimization過程和確定性等同方法對優化問題進行求解，并對發送給各用戶的信號進行功率分配；所述服務質量保障的安全傳輸功率分配優化問題表示為：

subject to

Λ_k≥0,k＝1,...,K

其中，為用戶k的可達遍歷速率，為竊聽用戶對于用戶k的竊聽速率上界，為用戶k收到干擾信號的協方差矩陣，上標-1表示矩陣求逆，min(·)表示取最小值，Λ₁,...,Λ_K為基站發送給各合法用戶的信號協方差矩陣，N_k為用戶k的接收天線數，N_eve為竊聽用戶的接收天線數，是維度為N_k×N_k的單位矩陣，是維度為N_eve×N_eve的單位矩陣，K為小區合法用戶數，G_k和G_eve分別為第k個合法用戶和非法竊聽用戶的波束域信道矩陣，P為基站總功率約束，det表示取矩陣的行列式，tr(·)表示計算矩陣的跡，≥0表示矩陣非負定；

求解服務質量保障的安全傳輸功率分配優化問題所用的Majorization-minimization過程和確定性等同方法包括如下兩個方面：

(a)利用矩陣運算重新將目標函數min(·)內重新組合成兩項相減的形式：

其中

R_k,2(Λ₁,...,Λ_K)＝log det(K_k)+log det(K_eve,k)，

然后利用Majorization-minimization過程進行求解：

在當次迭代過程中將目標函數第二項進行一階泰勒展開，得到如下優化問題：

subject to

Λ_k≥0,k＝1,...,K

上標l指示迭代次數；

利用凸優化方法求解上述優化問題，將得到的解帶入目標函數產生下一次迭代的優化問題，并再次進行求解，直至相鄰兩次迭代過程中的系統最小用戶安全傳輸速率下界的差值小于給定閾值停止迭代，最后一次迭代過程的解即優化問題的解；

(b)運用大維隨機矩陣理論，在每一次迭代過程中計算R_k,1(Λ₁,...,Λ_K)的確定性等同：

其中，

和是對角矩陣，通過迭代求解：

Π_k(X)和Ξ_k(Y)分別生成M×M和N_k×N_k的對角矩陣，對角線上的元素分別為：

[Π_k(X)]_m,m＝tr{diag{[Ω_k]_:,m}X}

[Ξ_k(Y)]_n,n＝tr{diag{([Ω_k]_n,:)^T}Y}

M為基站天線數，diag表示向量的對角化，上標T表示矩陣的轉置，Ω_k表示基站到用戶k的統計信道狀態信息，[·]_:,m和[·]_n,:分別表示取矩陣的第m列和第n行；

(3)在小區中各用戶移動過程中，隨著基站與各用戶之間統計信道狀態信息的變化，基站側動態更新服務質量保障的安全傳輸功率分配結果。

2.根據權利要求1所述的一種服務質量保障的大規模MIMO安全傳輸方法，其特征在于：所述步驟(1)中基站生成能夠覆蓋整個小區的大規模波束集合實現空間資源的波束域劃分，基站在同一時頻資源上與小區合法用戶進行通信，該通信的過程在波束域上實施。