[发明专利]一种认知无线电网络中面向安全通信的波束成形方法

说明书

本发明公开了一种认知无线电网络中面向安全通信的波束成形方法。本发明考虑主网络用户受到的信号干扰低于给定门限值以及次级网络中对窃听用户信号泄露完全置零的情况下，通过设计次级网络发送端波束成形权矢量，使得次级用户安全速率最大化。具体步骤包括，通过迫零准则实现对波束成形权矢量的初步设计，然后将原非凸问题转为可以用标准凸优化工具包解决的凸优化问题。本发明可很好地解决认知无线网络中的安全通信问题，在保障主网络用户通信质量和次级网络用户安全通信的同时，降低了计算量。另外，采用基于角度信息的多径瑞利信道模型来描述信道状态信息，保证了本发明的设计机制适用于实际无线通信网络。

技术领域

本发明涉及无线通信中的波束形成技术，特别涉及一种认知无线电网络中面向安全通信的波束成形方法。

背景技术

认知无线网络被认为是下一代无线通信与网络的核心技术，是实现无线网络异构融合、高效利用网络资源满足用户端到端服务需求的最佳方法。它不仅能通过重构其工作特性及各种参数，自适应于具体无线通信环境，从而有效地优化复杂无线网络环境下频谱资源的管理和使用状况，更为未来高容量大宽带无线通信与网络系统设计提供了一条全新的途径和大量的机会。

认知无线电技术通过限制认知用户对主用户的干扰，智能地接入授权频段，实现频谱资源的二次利用，可有效缓解日益增长的无线业务需求和频谱紧缺之间的矛盾。在认知无线电网络中，由于认知用户与主用户共享同一无线频谱，两者之间的相互干扰是影响认知无线电网络性能的重要因素。然而，为了实现频谱共享，认知无线网络的开放特性使得它比传统的无线通信网络更容易受到信息安全的威胁。当前物理层安全技术是利用无线信道的固有特性，如衰落、噪声和干扰等来保证信息的安全传输，现已成为解决认知无线网络中信息安全问题的关键技术之一，但是，在安全认知网络中引入人工噪声并不那么简单，因为它在干扰窃听端的同时也会对主用户产生干扰，同时系统的复杂性也更高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种认知无线电网络中面向安全通信的波束成形方法，以解决现有技术中存在的窃听的问题。

为达到上述目的，本发明通过如下的技术方法实现：

一种认知无线网络中安全通信的波束成形方法，所述方法包括：

通过对约束条件和目标函数的优化，获取最优波束成形权矢量；

通过最优波束成形权矢量对信号进行加权相加，得到成形波束；

所述约束条件包括：次级网络中窃听用户的信号接收为零；次级网络对主用户的干扰小于给定门限值。

进一步的，所述目标函数如下所示：

其中，p_t为次级网络发送端发送功率，h_s为次级网络中发送端与次级用户之间的信道矢量，w为波束成形权矢量，表示为次级用户接收到的噪声功率。

进一步的，所述目标函数的优化过程包括：

根据约束条件和目标函数建立优化问题；

将所述优化问题转化为半正定规划问题；

通过内点法对半正定规划问题进行求解，获得最佳波束成形权矢量矩阵；

根据最佳波束成形权矢量矩阵获取待求矢量。

进一步的，所述优化问题为：

s.t.||w||²≤p_t

h_evei^Tw＝0,i＝1,…,K