一種mimo放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)安全傳輸方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種MIMO放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)安全傳輸方法，在設(shè)計(jì)預(yù)編碼矩陣時(shí)，采用了GSVD-ZF-SVD的聯(lián)合策略，使得系統(tǒng)并行化，簡化了系統(tǒng)安全速率的表達(dá)形式，在功率約束的條件下求解一個(gè)最優(yōu)化問題。在進(jìn)行功率分配的時(shí)候，原問題的非凸性使得直接求解很難進(jìn)行，采用交替迭代優(yōu)化的方式，每一個(gè)子問題都能得到唯一的最優(yōu)解，并且最終交替迭代能夠得到一個(gè)收斂點(diǎn)。本發(fā)明考慮了發(fā)送節(jié)點(diǎn)端和中繼節(jié)點(diǎn)的聯(lián)合預(yù)編碼，利用GSVD-ZF-SVD方法，將信道并行化，簡化了問題的分析難度；并對功率分配進(jìn)行了優(yōu)化；計(jì)算復(fù)雜度較低。
【專利說明】—種MIMO放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)安全傳輸方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無線傳輸【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種MMO放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)安全傳輸方法。
【背景技術(shù)】
[0002]安全問題是無線通信中的一個(gè)基本問題。無線介質(zhì)的開放性，給安全性帶來了更大的挑戰(zhàn)。無線通信的物理層安全技術(shù)是一項(xiàng)新的無線信號(hào)安全傳輸技術(shù)。它不依賴于利用密鑰加密來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)安全傳輸，而是通過合理設(shè)計(jì)信號(hào)、分配功率以及調(diào)制編碼方式，來提高信號(hào)傳輸?shù)陌踩俾剩乐剐畔⒈桓`聽者竊聽，從而提升了信息傳輸?shù)陌踩＝陙?，無線物理層安全得到了學(xué)術(shù)界的極大關(guān)注。
[0003]多輸入多輸出(MMO)技術(shù)和中繼通信技術(shù)是兩項(xiàng)提升無線通信的物理層安全的手段。它們都可以通過利用空間自由度，使得信號(hào)的設(shè)計(jì)更加靈活，都能夠提升無線傳輸?shù)陌踩俾省烧呓Y(jié)合能夠進(jìn)一步提升無線通信的物理層傳輸安全。但是，對一個(gè)MMO中繼網(wǎng)絡(luò)的物理層安全傳輸信號(hào)直接進(jìn)行最優(yōu)設(shè)計(jì)非常困難，無法得到一個(gè)有效的結(jié)果，因此目前這方面的研究結(jié)果較少。
[0004]J.Huang, A.L.Swindlehutst 在文獻(xiàn) “Cooperative jamming for securecommunications in MIMO relay network,，’IEEE Trans.Signal Processing, vol.59, n0.10，pp.4871-4884，Oct.2011中考慮了利用中繼發(fā)射干擾信號(hào)實(shí)現(xiàn)信號(hào)安全傳輸。但是考慮的是中繼采用解碼轉(zhuǎn)發(fā)的中繼方案。解碼轉(zhuǎn)發(fā)方案要求中繼節(jié)點(diǎn)對信息進(jìn)行解碼，這使得系統(tǒng)的復(fù)雜度增大，同時(shí)系統(tǒng)的延時(shí)增加，并且在中繼節(jié)點(diǎn)還必須保證正確解碼。
[0005]劉洋，宋梅，張勇等人在發(fā)明專利“基于分層調(diào)制的無線中繼安全轉(zhuǎn)發(fā)方法”中提到了中繼安全的問題，但是沒有考慮利用MMO技術(shù)，另外，發(fā)明人考慮的也是在中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行解碼。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種MIMO放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)安全傳輸方法，以提高通信的安全性；本發(fā)明是對MMO中繼網(wǎng)絡(luò)下的無線物理層安全提出一個(gè)算法復(fù)雜度較低并能夠?qū)崿F(xiàn)較高速率的方法。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008]一種MMO放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)安全傳輸方法,所述MMO放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)發(fā)送節(jié)點(diǎn)，一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)，一個(gè)竊聽節(jié)點(diǎn)以及一個(gè)接收節(jié)點(diǎn)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)都配備有多天線，天線數(shù)目分別為Na，Ne, Ne, Nb ；
[0009]所述信號(hào)安全傳輸方法包括以下步驟:
[0010]I)第一階段，發(fā)送節(jié)點(diǎn)對發(fā)送信息進(jìn)行線性預(yù)編碼，中繼節(jié)點(diǎn)和竊聽節(jié)點(diǎn)接收到發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)射的信息分別為:yK=HAKFS+nK，yp =HfFs+ nP,其中hak，Hae是發(fā)送節(jié)點(diǎn)到中繼節(jié)點(diǎn)和竊聽節(jié)點(diǎn)的信道矩陣，F(xiàn)是發(fā)送節(jié)點(diǎn)線性預(yù)編碼矩陣，S是發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)射信息矢量，協(xié)方差矩陣為CTS2L.nE, np是加性高斯噪聲矢量，協(xié)方差矩陣為，yE, yf是接收
矢量；
[0011]2)第二階段，中繼節(jié)點(diǎn)將接收到的信號(hào)，進(jìn)行放大轉(zhuǎn)發(fā)，預(yù)編碼矩陣為W，接收節(jié)點(diǎn)和竊聽節(jié)點(diǎn)接收到的信息為分別為:
[0012]
【權(quán)利要求】
1.一種MMO放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)安全傳輸方法，其特征在于，所述MMO放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)發(fā)送節(jié)點(diǎn)，一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)，一個(gè)竊聽節(jié)點(diǎn)以及一個(gè)接收節(jié)點(diǎn)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)都配備有多天線，天線數(shù)目分別為Na，Ne, Ne, Nb ； 所述信號(hào)安全傳輸方法包括以下步驟: 1)第一階段，發(fā)送節(jié)點(diǎn)對發(fā)送信息進(jìn)行線性預(yù)編碼，中繼節(jié)點(diǎn)和竊聽節(jié)點(diǎn)接收到發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)射的信息分別為:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種MMO放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)安全傳輸方法，其特征在于，得到發(fā)送節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)的預(yù)編碼矩陣的步驟包括: 首先對信道矩陣Hak，Hae進(jìn)行廣義奇異值分解得到:
Har-U A αεΦ
Hae=V A ΑΕΦ 其中Φ=Ι?ΨΗ是一個(gè)NaXNa的非奇異矩陣，U，V是酉矩陣，Aak和Aae為:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種MIMO放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)安全傳輸方法，其特征在于，步驟3)中得到安全速率及其功率約束為:
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種MIMO放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)安全傳輸方法，其特征在于，對安全速率及其功率約束采用交替迭代求解的方法；首先進(jìn)行變量代換
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種MIMO放大轉(zhuǎn)發(fā)中繼網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)安全傳輸方法,其特征在于， 當(dāng)發(fā)送節(jié)點(diǎn)比竊聽節(jié)點(diǎn)天線少或相同的情況，解為:(1)當(dāng)
【文檔編號(hào)】H04L1/06GK103856299SQ201410025414
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年1月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月20日
【發(fā)明者】王慧明, 劉峰, 殷勤業(yè) 申請人:西安交通大學(xué)