[发明专利]基于零空间增强物理层安全的协作波束形成方法

权利要求书

1.一种基于零空间增强物理层安全的协作波束形成方法，包括以下步骤：

1）协作中继在两阶段进行传输：

1a）在第一阶段，源节点向所有的中继节点广播机密信息，中继节点接收的信号为y_r；

1b）在第二阶段，中继节点对接收到的信号y_r进行加权处理，得到待转发的信号x_r(w)＝D(y_r)w，其中w为需要设计的中继波束成形权向量，D(·)表示将向量变换成对角矩阵；

1c）目的节点和窃听节点接收中继转发来的信号，记目的节点接收的信号为y_d(w)，记第j个窃听节点接收的信号为y_e,j(w)，E表示含有所有窃听节点的集合，M表示窃听节点的个数；

2）根据上述接收信号y_d(w)和y_e,j(w)，计算目的节点的接收信噪比γ_d(w)和第j个窃听节点的接收信噪比γ_e,j(w)；

3）根据上述接收信噪比γ_d(w)和γ_e,j(w)，计算目的节点的安全速率Rs(w)=12minj{log(1+γd(w))-log(1+γe,j(w))};]]>

4）根据步骤1b）中的待转发信号x_r(w)，计算中继节点总功率的消耗||x_r(w)||²和第i个中继节点自身功率的消耗|x_r,i(w)|²，并将||x_r(w)||²≤P_tot和|x_r,i(w)|²≤P_i作为设计中继波束成形权向量的功率约束条件，其中x_r,i(w)表示x_r(w)的第i个元素，P_tot是所有中继节点总的功率阈值，P_i是第i个中继节点自身的功率阈值，该P_tot和P_i均由实际协作通信系统设定产生，C表示含有所有中继节点的集合，K表示窃听节点的个数；

5）计算所有窃听节点等效信道矩阵的零空间U，将w＝Uv作为设计中继波束成形权向量的空间约束条件，利用该空间约束w将上述R_s(w)、||x_r(w)||²和|x_r,i(w)|²改写为R_s(v)、||x_r(v)||²和|x_r,i(v)|²，并将对w的设计转化为对v的设计；

6）在满足上述||x_r(v)||²≤P_tot和|x_r,i(v)|²≤P_i的约束下，设计向量v，使得安全速率R_s(v)最大化，得到最优设计v^*，并根据步骤5）中w＝Uv的空间约束，得到最优波束成形权向量为w^*＝Uv^*；

7）根据最优波束成形权向量w^*，将w^*中的第i个元素分配给第i个中继节点。