[发明专利]一种全双工无线携能中继通信系统高能效保密传输方法

说明书

本发明公开了全双工中继无线通信领域的一种全双工无线携能中继通信系统高能效保密传输方法，包括如下步骤：构建基于人工噪声辅助的波束成形优化问题模型，该模型以全双工无线携能中继节点处的保密能量效率最大化为目标；采用连续凸近似和惩罚函数，对波束成形优化问题模型进行近似凸转换；采用迭代优化算法，计算近似凸转换后的波束成形优化问题模型，获得全双工无线携能中继通信系统保密能量效率最大化下的最佳中继节点波束成形矩阵和人工噪声协方差矩阵。本发明通过将全双工中继技术与无线携能技术结合，考虑到整个系统的保密能量效率，进一步提升频谱效率和保密能量效率，使整体的性能提升。

技术领域

本发明涉及一种全双工无线携能中继通信系统高能效保密传输方法，属于全双工中继无线通信技术领域。

背景技术

全双工无线携能中继通信系统可在提升数据传输频谱效率、扩展系统的通信覆盖区域基础上，同时传输信息和能量，使得能量供应受限的移动设备能同时接收信息和收集能量，在5G通信时代，全双工无线携能中继通信系统对于多种类型的现代通信网络中的能量和信息传输具有重要意义。然而，无线信道的广播特性使得无线携能中继通信系统受到不可信能量接收端的窃听，导致系统存在着严重的信息泄露风险。现有的大部分研究是通过在全双工中继处加入人工噪声干扰窃听信道，以此来实现全双工中继通信系统的保密传输。但这些方案没有考虑到由于人工噪声的使用会分割全双工中继的部分信息传输功率，导致全双工中继处能量效率的降低。事实上，随着5G的深入应用，用户的数据流量需求急剧增长，导致通信系统用于数据传输的能量消耗激增，进而大幅缩短了能量受限设备工作周期并提升了通信系统数据传输成本。因此，研发全双工中继通信系统数据传输的高能效方案不仅具有显著的经济效益，而且具有巨大的生态效益。针对无线通信环境的安全性和能效性需求，在设计全双工无线携能中继通信系统时需要考虑数据传输的保密效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种全双工无线携能中继通信系统高能效保密传输方法，该方法在计算中继节点波束成形矩阵和人工噪声协方差矩阵的过程中，考虑到整个系统的保密能量效率，使整体的性能提升。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种全双工无线携能中继通信系统高能效保密传输方法，包括如下步骤：

构建基于人工噪声辅助的波束成形优化问题模型，该模型以全双工无线携能中继节点处的保密能量效率最大化为目标；

采用连续凸近似和惩罚函数，对波束成形优化问题模型进行近似凸转换；

采用迭代优化算法，计算近似凸转换后的波束成形优化问题模型，获得全双工无线携能中继通信系统保密能量效率最大化下的最佳中继节点波束成形矩阵和人工噪声协方差矩阵。

进一步的，所述全双工无线携能中继通信系统包括一个单天线源节点、一个单天线目的节点、K个单天线不可信能量采集节点和一个全双工中继节点，其中全双工中继节点包括M_t个发射天线和M_r个接收天线，M_tM_r。

进一步的，波束成形优化问题模型为：

P_k≥η_k,k∈K

H_rrW＝0,H_rrQ＝0