[發(fā)明專利]星地集成網(wǎng)絡(luò)中基于安全能效的波束設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011228517.8
• 申請日: 2020-11-06
• 公開（公告）號: CN112290995B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郝萬明;趙飛;孫鋼燦
• 申請（專利權(quán)）人: 鄭州大學(xué)
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185;H04B7/0413
• 代理公司: 鄭州優(yōu)盾知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41125
• 代理人: 張真真

1.一種星地集成網(wǎng)絡(luò)中基于安全能效的波束設(shè)計方法，其特征在于，其步驟如下：

步驟一：構(gòu)建包括初級的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和次級的地面網(wǎng)絡(luò)的星地集成網(wǎng)絡(luò)，其中，初級衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的衛(wèi)星地面站裝配一個拋物形天線，次級的地面網(wǎng)絡(luò)包括個合法用戶和一個竊聽用戶，合法用戶均通過技術(shù)接收波束；

步驟二：構(gòu)建合法用戶與竊聽用戶的毫米波信道模型，并根據(jù)毫米波信道模型計算合法用戶的接收信號和竊聽用戶的竊聽信號；

步驟三：利用功率分裂器將合法用戶的接收信號分為信息解碼信號和能量轉(zhuǎn)化信號，并將能量轉(zhuǎn)化信號轉(zhuǎn)化為能量值；

步驟四：計算基站對初級衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的衛(wèi)星地面站的干擾信號，并將干擾信號轉(zhuǎn)化為初級衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的衛(wèi)星地面站接收到基站信號的信噪比；

步驟五：根據(jù)合法用戶的接收信號和竊聽用戶的竊聽信號得到星地集成網(wǎng)絡(luò)的安全傳輸速率；

步驟六：在步驟三的能量值、步驟四的信噪比、步驟五的星地集成網(wǎng)絡(luò)的安全傳輸速率和合法用戶的發(fā)送功率的約束條件下建立第一目標(biāo)函數(shù)；

所述第一目標(biāo)函數(shù)為：

第一目標(biāo)函數(shù)的約束條件為：

其中，表示基站電路功耗，表示射頻鏈處理的電路功耗，表示移相器處理的電路功耗，表示基帶信號處理的電路功耗，表示射頻鏈的數(shù)目，表示移相器數(shù)目，表示基站發(fā)射功率的最大值，表示合法用戶的數(shù)據(jù)速率及能量采集的約束最大值，表示合法用戶的數(shù)據(jù)速率及能量采集的約束最小值，是基站對衛(wèi)星地面站的最大允許干擾約束；為第個分組中第個合法用戶的發(fā)送功率，為第個分組中第個合法用戶的功率分配因子，為星地集成網(wǎng)絡(luò)的安全傳輸速率，表示第個分組中第個合法用戶的傳輸速率，為能量值，為信噪比，表示分組的總數(shù)目；

步驟七：通過增加約束條件將第一目標(biāo)函數(shù)轉(zhuǎn)化為第二目標(biāo)函數(shù)；

所述第二目標(biāo)函數(shù)為：

其中，表示第個分組中第個合法用戶的安全傳輸速率，表示第個分組中第個合法用戶接收到的所有信號功率和噪聲功率的總和，表示第個分組中第個合法用戶接收到的干擾信號功率和噪聲功率總和，表示竊聽者竊聽第個分組中第個合法用戶的所有信號功率和噪聲功率的總和，表示竊聽者竊聽第個分組中第個合法用戶的干擾信號功率和噪聲功率總和，為非負(fù)常數(shù)；

第二目標(biāo)函數(shù)的約束條件為：

其中，表示合法用戶的噪聲功率，表示引入的一個中介變量；表示第個分組中第個合法用戶模擬預(yù)編碼后的等效信道狀態(tài)信息，表示第個分組的數(shù)字預(yù)編碼向量，表示第個分組中第個合法用戶的發(fā)送功率，表示第個分組中第個合法用戶的發(fā)送功率，表示第個分組的數(shù)字預(yù)編碼向量，表示第個分組的合法用戶的數(shù)目，表示第個分組中第個合法用戶的噪聲；

步驟八：利用連續(xù)凸逼近和優(yōu)化算法對第二目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到星地集成網(wǎng)絡(luò)的安全能效值；

所述利用和優(yōu)化算法對第二目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化的方法為：

設(shè)置初始化發(fā)送功率和功率分配因子

將和的初始化值代入第二目標(biāo)函數(shù)中，得到下一次迭代的和

循環(huán)執(zhí)行步驟直至得到的和收斂，輸出最優(yōu)值和

利用最優(yōu)值和更新并判斷更新后的是否滿足迭代結(jié)束條件，若是，輸出更新后的否則，返回步驟。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的星地集成網(wǎng)絡(luò)中基于安全能效的波束設(shè)計方法，其特征在于，所述合法用戶與竊聽用戶的毫米波信道模型為：

其中，表示第個分組中第個合法用戶的信道狀態(tài)信息，表示竊聽用戶的信道狀態(tài)信息，表示信道的路徑數(shù)目，表示天線的數(shù)量，表示合法用戶對應(yīng)的第條路徑增益，表示合法用戶對應(yīng)的第條路徑增益的天線矢量，表示竊聽用戶對應(yīng)的第條路徑增益，表示竊聽用戶對應(yīng)的第條路徑增益的天線矢量，表示合法用戶對應(yīng)的第條路徑增益的噪聲；

所述天線矢量為：

其中，表示陣列天線間隔，表示陣列天線波長，且表示基站到合法用戶的發(fā)射角，為虛數(shù)單位。