[发明专利]无线携能异构网络的波束优化方法及系统

说明书

一种无线携能异构网络的波束优化方法和系统，无线携能异构网络部署有宏小区基站MBS和微小区基站FBS，MBS服务M个宏小区用户MUs，FBS服务K+1个微小区用户FUs，FUs包括信息接收机IR和能量接收机ERs两类，ERs会窃听FBS发送给IR的机密信息，并从周围环境的射频信号中获取能量。FBS配备有N_F根天线，MBS配备有N_M根天线，FBS的天线和MBS的天线共享一样的频谱资源；FBS发送信号给IR，信号用矢量表示为：其中s_I表示信号中承载信息的数据符号；表示FBS天线的波束成形矢量；是与所述s_I相互独立，均值为0，方差为V_E的人工噪声矢量。MBS发送数据符号s_m给宏小区用户MUs。通过调整优化参数人工噪声的协方差矩阵V_E、FBS天线的波束形成矢量和MBS天线的实现为能量接收机提供能量，为信息接收机提供信息，并在能量接收机窃听信息的场景下，为信息接收机提供最大的安全传输速率。

技术领域

本发明提供一种无线携能异构网络的波束优化方法及系统，属于无线传输领域。

背景技术

由于互联网智能设备的高度普及(比如智能手机、平板电脑等)，极大地促进了高速率多媒体无线服务的快速发展，这使得移动运营商必须在下一代5G无线通信中提供更高的容量和更广的覆盖范围。通过增加小区密度获得更高的空间频谱复用是一种十分有效的解决手段。异构网络(HCN,Heterogeneous Network)由于可以实现无缝覆盖和更高的数据速率，成为一种前景广阔的网络密集化构架，并引起了学术界和工业界的广泛关注。在异构网络中，布置的微小区共享已存在的宏小区的频谱资源，在增大频谱效率的同时也带来了层间干扰。另外，微小区基站由于距离移动终端较近所以发射功率通常比宏小区基站小很多。

众所周知，异构网络构建了一种多个终端具有不同属性的多层拓扑结构，由于异构网络固有的开放性以及无线信道的广播特性，使得网络中的无线信息极容易被窃听。为此，物理层安全的提出被视为一种极为有效的解决手段。通过利用物理信道例如噪声和干扰的随机特性来实现安全传输，物理层安全已被证实能够大幅度提高异构网络的无线安全性能。

随着5G网络日益增长的业务需求，所需的能耗也大大增加，同步无线信息和功率传输(SWIPT,Simultaneous Wireless Information and Power Transfer)被认为是为能量受限的无线系统供能的一种有效方法。相比传统的风能、太阳能等自然能源，能量接收机可以从周围环境的射频信号中获取能量。在异构网络中采用SWIPT可以有效地避免低能无线电池的频繁充电和更换。另外，部署微小区之后，移动设备与其服务基站之间采用短距离通信方式，使得移动设备可以更加高效地获取能量。

由于功率灵敏度对能量接收端和信息接收端的要求不同，能量接收机相较于信息接收机有更好的信道条件，因此能量接收机可以窃听基站传输给信息接收机的机密信息。如何在无线携能异构网络中实现安全传输是一个亟待解决的问题。

发明内容

针对以上问题，本发明提出了一种无线携能异构网络的波束优化方法。