[发明专利]一种基于线性递增频偏策略的频控阵安全通信方法

权利要求书

1.一种基于线性递增频偏策略的频控阵安全通信方法，其特征在于，包括步骤：

(1)设置初始化参数；

(2)根据初始化参数，设定相邻天线间的最优频率偏移；

(3)根据最优频率偏移，计算各天线的实际载波频率；

(4)根据实际载波频率，分别计算目标用户和窃听者的信道传输矢量；

(5)根据所述信道传输矢量，利用矩阵分解技术计算最优波束形成向量，并计算系统的最优的安全速率；

所述步骤(1)中的设置初始化参数包括，

初始化r_u,r_e,θ_u和θ_e，其中，r_u,r_e分别表示目标用户与窃听者和信源天线之间的空间距离，θ_u和θ_e分别表示目标用户与窃听者和信源天线之间连线与正北方向的夹角；

初始化信源天线数M；每根天线的最大频率偏移量为ΔF，信号参考载频为f_c；

初始化系统总功率上限P及通信系统中的噪声方差σ²；

根据公式初始化阵列天线之间的间距，其中，c表示电磁波传播速率；

所述步骤(2)中的相邻天线间的最优频率偏移，由下面公式计算得到：

其中，k取使Δf0的最小整数；

所述步骤(5)具体包括以下步骤：

(51)根据目标用户和窃听者对应的频控阵传输信道矢量计算中间变量矩阵；

(52)对中间变量矩阵做特征值分解，得到其最大特征值以及对应的特征向量；

(53)根据最大特征值及特征向量计算目标用户与窃听者的频控阵最优传输波束；

(54)计算系统的安全速率最优值；

所述步骤(51)具体过程为：

根据公式计算目标用户的信道协方差矩阵；

根据公式计算窃听者的信道协方差矩阵；

其中，和分别表示h_u和h_e的共轭转置向量；

根据公式计算矩阵

其中，I_M×M为M×M单位矩阵；

对矩阵做特征值分解，得到

其中，Λ是特征值对角矩阵，V是特征向量矩阵；

令则求的逆矩阵，得到其中，Λ是对角矩阵，为将Λ中的每一个对角元素开根号再取倒数；

得到中间变量矩阵为

所述步骤(53)具体过程为：

根据中间变量矩阵计算目标用户与窃听者的频控阵最优传输波束w＝[w₁,w₂,...w_M]^T，其中w的第m个分量w_m表示第m根天线的传输加权值，w的计算过程为：

计算矩阵Σ的最大特征值λ_Σ，v_Σ为对应的特征向量；

计算中间向量表示向量ξ的共轭转置；

如果λ_Σ0，则

如果λ_Σ≤0，则w＝0；

所述步骤(54)中计算系统的安全速率最优值，由下面公式计算，

其中，||·||₂为向量的2范数。

2.根据权利要求1所述的基于线性递增频偏策略的频控阵安全通信方法，其特征在于，所述步骤(3)中的各天线的实际载波频率为f_m＝f_c+(m-1)Δf，m＝1,2,…,M，f_m表示第m根天线上的载波频率。

3.根据权利要求2所述的基于线性递增频偏策略的频控阵安全通信方法，其特征在于，所述步骤(4)进一步包括：

根据公式计算目标用户频控阵传输信道矢量的第m个分量，以得到目标用户频控阵传输信道矢量

h_u＝[h_u,1,h_u,2,...,h_u,M]^T∈C^M×1；

根据公式计算窃听者频控阵传输信道矢量的第m个分量，以得到窃听者频控阵传输信道矢量

h_e＝[h_e,1,h_e,2,...,h_e,M]^T∈C^M×1；

其中，m＝1,2,...,M。