[發明專利]多波束低軌衛星通信系統的安全預編碼方法

有效

• 申請號: 202110324589.0
• 申請日: 2021-03-26
• 公開（公告）號: CN113037340B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 周洋;高勇;王艷峰;谷林海;劉鴻鵬
• 申請（專利權）人: 東方紅衛星移動通信有限公司
• 主分類號: H04B7/0408
• 分類號: H04B7/0408;H04B7/0456;H04B7/06;H04B7/185
• 代理公司: 重慶輝騰律師事務所 50215
• 代理人: 盧勝斌

1.一種多波束低軌衛星通信系統的安全預編碼方法，其特征在于，所述方法包括：

分別獲取衛星向地面合法用戶傳輸信息的速率以及竊聽用戶的竊聽速率，從而計算出系統保密速率表示為R_S＝[R₁-R₂]⁺；

其中，[]⁺表示和0比較取最大值；R₁衛星向合法用戶傳遞信息的速率；R₂竊聽用戶的竊聽速率；分別表示為：

式中，m表示合法用戶的接收天線數，n表示竊聽用戶的接收天線數；I_m、I_n分別表示m、n維的單位矩陣；G₁表示衛星向合法用戶傳遞信息的合法信道，G₂表示竊聽用戶對衛星發送信息進行竊聽的竊聽信道；上標H表示矩陣的共軛轉置，|·|表示矩陣·的行列式，Φ＝E{xx^H}表示衛星發送信息x的協方差矩陣，E{}表示求均值運算，表示衛星向合法用戶傳遞信息的噪聲方差，表示竊聽用戶對衛星發送信息進行竊聽的噪聲方差；

構建出以最大化系統保密速率為目標，以衛星最大發送功率為約束條件的第一優化模型；

所述第一優化模型表示為：

s.t.Tr(Φ)≤P

其中，[]⁺表示和0比較取最大值；Tr()表示求矩陣的跡，P為衛星的最大發送功率；

將以最大化保密速率為目標的第一優化模型轉化成以最大化保密速率下界為目標的第二優化模型；

所述第二優化模型表示為：

s.t.Tr(Φ)≤P

選定一個迭代矩陣，將竊聽用戶的竊聽速率在該迭代矩陣處進行泰勒展開得到保密速率下界的近似值，將最大化下界的第二優化模型轉換為最大化保密速率下界近似值的第三優化模型；

所述第三優化模型表示為：

s.t.Tr(Φ)≤P

其中，表示在迭代矩陣處進行泰勒展開的線性函數；

其中，Μ表示迭代矩陣；

通過迭代凸優化算法求解第三優化模型，得到使得保密速率下界近似值最大的預編碼矩陣。

2.根據權利要求1所述的一種多波束低軌衛星通信系統的安全預編碼方法，其特征在于，所述通過迭代凸優化算法求解第三優化模型包括采用凸優化工具對所述第三優化模型求解，求得使所述保密速率下界近似值最大的預編碼矩陣；將所述預編碼矩陣作為下一次的迭代矩陣；若當前迭代過程的迭代矩陣的范數與前一次迭代過程的迭代矩陣的范數之間的絕對值差小于預設閾值時，輸出當前迭代過程中的迭代矩陣，根據該迭代矩陣確定出最優的預編碼矩陣。

3.根據權利要求1所述的一種多波束低軌衛星通信系統的安全預編碼方法，其特征在于，所述得到使得保密速率下界近似值最大的預編碼矩陣之后還包括若計算出的保密速率下界近似值大于0，則保密速率等于該保密速率下界近似值的最大值，若計算出的保密速率下界近似值小于或等于0，則保密速率值為0。