一种面向相关主窃信道具有鲁棒性的人工噪声辅助的波束成形方法与流程

技术特征：
1.一种面向相关主窃信道具有鲁棒性的人工噪声辅助的波束成形方法，其特征在于，所述波束成形方法包括以下步骤：步骤1：建立主信道的信道状态信息csi不完整时的相关多输入单输出miso窃听信道模型；步骤2：设置信源alice处的发射功率，合法用户bob和非串通的窃听用户eve处的中断信干噪比sinr以及信干噪比中断概率sinr-op；步骤3：建立在给定合法用户bob和非串通的窃听用户eve处，信干噪比中断概率sinr-op约束条件下的合法用户bob处中断信干噪比sinr最大化非凸优化问题；步骤4：将步骤3最大化非凸优化问题转化为凸问题进行求解。2.根据权利要求1所述波束成形方法，其特征在于，所述步骤1中多输入单输出miso窃听信道模型为，听信道模型为，其中，指从信源alice到合法用户bob的主信道矢量，指从信源alice到第k个非串通的窃听用户eve的窃听信道矢量，指h
d
的信道估计矢量，指h
d
的和信道误差矢量，指h
k
的信道估计矢量，指h
k
的信道误差矢量，指复数域的n维列矢量，集合k定义为k对于信源alice而言，满足满足满足并且下列数学式关系成立：并且下列数学式关系成立：其中，p
k
＝diag{ρ
1,k
,ρ
2,k
,
…
,ρ
n,k
}指主窃信道相关矩阵，指主窃信道相位矩阵，其对角元素分别对应主窃信道的各个子信道对之间的功率相关系数和相位变量，α
d
指主信道信道增益方差，α
k
指第k个窃听信道的信道增益方差，i
n
指n维单位矩阵。3.根据权利要求1所述波束成形方法，其特征在于，所述步骤2具体为，当信源alice发射承载保密信息的信号给合法用户bob时，在合法用户bob和第k个非串通的窃听用户eve处的接收信号分别为户eve处的接收信号分别为其中，n
d
指合法用户bob零均值单位方差的复高斯白噪声，n
k
指第k个非串通的窃听用户eve处的零均值单位方差的复高斯白噪声。4.根据权利要求1所述波束成形方法，其特征在于，所述步骤3具体为，采用信干噪比中
断概率sinr-op作为服务质量qos的约束条件，其定义为：p
out
(γ)＝pr{γ＜γ},
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)其中，γ表示中断信干噪比sinr；当波束成形的目标是在给定合法用户bob和非串通的窃听用户eve处信干噪比中断概率sinr-op约束条件下最大化合法用户bob处的中断信干噪比sinr时，优化问题表示为，其中，ε
d
和1-ε
e
分别指合法用户bob和非串通的窃听用户eve处要求的信干噪比中断概率sinr-op；p为信源alice处的发射功率；γ
d
代表合法用户bob处目标中断信干噪比sinr，是一个变量；而γ
e
代表非串通的窃听用户eve处的目标中断信干噪比sinr，是一个预先设置好的常数。5.根据权利要求4所述波束成形方法，其特征在于，所述优化问题式(11)转化为如下等价形式：令ε
k
＝1-(1-ε)
1/k
，并进行秩松驰，得到令σ
d
＝w-γ
d
v，对于概率限制条件pr{γ
d
≤γ
d
}≤ε
d
改写成下列形式其中，x
d
～cn(0,i
n
)为零均值单位方差复高斯矢量，并且)为零均值单位方差复高斯矢量，并且)为零均值单位方差复高斯矢量，并且采用伯恩斯坦型不等式将概率限制条件(14)保守地转化成如下确定形式：
其中，σ
d
＝-ln(ε
d
)，λ
max
(-λ)是矩阵-λ的最大特征值。6.根据权利要求5所述波束成形方法，其特征在于，令σ
e
＝w-γ
e
v，对于概率限制条件pr{γ
k
≤γ
e
}≥1-ε
k
改写成下列形式其中，x
k
～cn(0,i
n
)为零均值单位方差复高斯矢量，并且)为零均值单位方差复高斯矢量，并且)为零均值单位方差复高斯矢量，并且采用伯恩斯坦型不等式将概率限制条件(19)保守地转化成如下确定形式：其中，σ
k
＝-ln(ε
k
)，s

(λ)＝max{λ
max
(λ),0}，λ
max
(λ)是矩阵λ的最大特征值。7.根据权利要求6所述波束成形方法，其特征在于，所述式(23)转化为，其中，μ
d
，ν
d
，μ
k
和ν
k
为松弛变量，由于γ
d
是一个变量，因此优化问题式(24)为非凸优化问题，但是，对于任意固定的γ
d
，优化问题式(24)是一个半正定规划问题；因此，最佳的能够通过联合使用标准凸优化工具包cvx和对γ
d
在[0,γ
d,u
]范围内进行二分搜索求出，其中，求出的作为人工噪声辅助的波束成形可实现的合法用户bob处最大目标中断信干噪比sinr。

技术总结
本发明公开了一种面向相关主窃信道具有鲁棒性的人工噪声辅助的波束成形方案。步骤1：建立主信道CSI不完整时的相关多输入单输出MISO窃听信道模型；步骤2：设置信源Alice处的发射功率，合法用户Bob和非串通的窃听用户Eve处的中断SINR以及合法用户和窃听用户处信干噪比中断概率SINR-OP；步骤3：建立在给定合法用户Bob和非串通的窃听用户Eve处，合法用户和窃听用户处信干噪比中断概率SINR-OP约束条件下的合法用户Bob处中断SINR最大化非凸优化问题；步骤4：将步骤3最大化非凸优化问题转化为凸问题进行求解。本发明使得合法用户Bob获得较高的目标中断信干噪比SINR，从而有效提升合法用户Bob处的通信性能。法用户Bob处的通信性能。法用户Bob处的通信性能。


技术研发人员：孟维晓 徐赛 王金明 韩帅
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2020.05.06
技术公布日：2021/11/8