[发明专利]一种基于毫米波MIMO系统安全通信的混合波束成形滤波器的设计方法及装置

权利要求书

1.一种基于毫米波MIMO系统安全通信的混合波束成形滤波器的设计方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤101、检测是否获取到偷听端对应的毫米波MIMO信道信息，若是则执行步骤102a，否则执行步骤102b；

步骤102a、根据所述偷听端对应的毫米波MIMO信道信息构建迭代求解的初始矩阵，并迭代求解得出发送方和接收方的模拟波束成形滤波器，执行步骤104；

步骤102b、直接将合法信道的MIMO信道信息设为迭代求解的初始矩阵，并迭代求解得出发送方和接收方的模拟波束成形滤波器，执行步骤103；

步骤103、根据给定的合法通信质量要求求得可用于发射人工噪声的功率，执行步骤105；

步骤104、将通过步骤102a所得的模拟波束成形滤波器进行SVD分解，所得的左酉矩阵为接收方的数字波束成形滤波器，所得的右酉矩阵为发送方的数字波束成形滤波器，并根据功率限制条件进行归一化处理；

步骤105、将跟据所述接收方的数字波束成形滤波器和发送方的数字波束成形滤波器求得的基带等效信道进行SVD分解，所得的右酉矩阵前若干列为发送方发射有用信号的数字波束成形滤波器，所得的右酉矩阵后若干列为人工噪声的发射方数字波束成形滤波器，所得的左酉矩阵前若干列为接收方的数字波束成形滤波器，并根据功率限制条件进行归一化处理。

2.根据权利要求1所述的基于毫米波MIMO系统安全通信的混合波束成形滤波器的设计方法，其特征在于，所述迭代求解得出发送方和接收方的模拟波束成形滤波器包括：

每一次迭代，根据对应的信噪比最大原则确定模拟波束成形滤波器矩阵当中的对应的列向量。

3.根据权利要求2所述的基于毫米波MIMO系统安全通信的混合波束成形滤波器的设计方法，其特征在于，所述确定模拟波束成形滤波器矩阵当中的对应的列向量包括：

每次迭代结束对求得的两个列向量进行施密特正则化，并且将信道矩阵中含有这两个列向量对应的成分去掉，作为更新后的变量，准备下一次迭代。

4.根据权利要求3所述的基于毫米波MIMO系统安全通信的混合波束成形滤波器的设计方法，其特征在于，所述列向量由已知的码本中选出。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的基于毫米波MIMO系统安全通信的混合波束成形滤波器的设计方法，其特征在于，所述步骤103还包括：

依据合法通信的质量门限，确定发射有用信号的最小功率以及发射人工噪声的最大功率。

6.根据权利要求5所述的基于毫米波MIMO系统安全通信的混合波束成形滤波器的设计方法，其特征在于，求得发射有用信号的最小功率以及发射人工噪声的最大功率后，则进行功率分配过后的发射信号具备如下形式：

其中，s为合法信息，w为人工噪声，F_RF为模拟发射波束成形滤波器，F_BB为用于发射加密信息的发送方数字波束成形滤波器，P_s为其发射功率，F_BB,w为用于发射人工噪声的发送方数字波束成形滤波器，P_AN为其发射功率。

7.一种实现权利要求1所述设计方法的装置，其特征在于包括：

检测单元，用于检测是否获取到偷听端对应的毫米波MIMO信道信息；

模拟计算单元，基于检测单元的检测结果，求解发送方和接收方的模拟波束成形滤波器，具体包括：

当能够获取到偷听端对应的毫米波MIMO信道信息时，根据所述MIMO信道信息构建迭代求解的初始矩阵，迭代求解得出发送方和接收方的模拟波束成形滤波器；

当不能获取到偷听端对应的毫米波MIMO信道信息时，则直接将合法信道的MIMO信道信息设为迭代求解的初始矩阵，迭代求解得出发送方和接收方的模拟波束成形滤波器，并根据给定的合法通信质量要求求得可用于发射人工噪声的功率；

数字计算单元，用于根据SVD得出发送方和接收方的数字波束成形滤波器，具体包括：

当检测单元能够获取到偷听端对应的毫米波MIMO信道信息时，将所得的模拟波束成形滤波器进行SVD分解，所得的左酉矩阵为接收方的数字波束成形滤波器，所得的右酉矩阵为发送方的数字波束成形滤波器，并根据功率限制条件进行归一化处理；

当检测单元不能获取到偷听端对应的毫米波MIMO信道信息时，将根据所述接收方的数字波束成形滤波器和发送方的数字波束成形滤波器求得的基带等效信道进行SVD分解，所得的左酉矩阵前若干列为接收方的数字波束成形滤波器，所得的右酉矩阵前几列为发送方有用信号的波束成形滤波器，所得的右酉矩阵后几列为人工噪声的发射方数字波束成形滤波器，并根据功率限制条件进行归一化处理。