[发明专利]一种基于自干扰迫零的全双工中继系统安全能效优化方法

说明书

本发明公开了一种基于自干扰迫零的全双工中继系统安全能效优化方法，旨在解决现有技术中系统安全性和能效性难以平衡的技术问题。其包括：利用预先建立的全双工中继系统的安全能效模型，构建基于自干扰迫零的安全能效最大化问题；利用连续凸近似和惩罚函数联合方法，将安全能效最大化问题转换为凸近似问题；利用迭代优化算法获得凸近似问题的最优解，使得全双工中继系统的安全能效最优。本发明能够实现全双工中继系统安全能效的最大化，达到系统安全性和能效性的最佳折中。

技术领域

本发明涉及一种基于自干扰迫零的全双工中继系统安全能效优化方法，属于全双工中继通信技术领域。

背景技术

全双工技术因其可同时同频收发信号，能显著提高通信系统频谱效率，近年来已成为5G通信领域的研究热点。将全双工技术应用于中继通信系统可在提升数据传输频谱效率的基础上，进一步扩展系统的通信覆盖区域。然而，无线信道的广播特性使得信息传输存在着潜在的窃听威胁，与此同时，5G系统数据传输的高功耗及电力价格的不断增长也对全双工中继通信系统的能效性提出了更高的要求。目前，针对全双工中继通信系统的安全能效性的研究较少，难以达到系统安全和能效的平衡，不利于全双工中继通信的发展。

发明内容

为了解决现有技术中系统安全性和能效性难以平衡的问题，本发明提出了一种基于自干扰迫零的全双工中继系统安全能效优化方法，能够实现全双工中继系统安全能效的最大化，达到系统安全性和能效性的最佳折中。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术手段：

本发明提出了一种基于自干扰迫零的全双工中继系统安全能效优化方法，包括如下步骤：

利用预先建立的全双工中继系统的安全能效模型，构建基于自干扰迫零的安全能效最大化问题；

利用连续凸近似和惩罚函数联合方法，将安全能效最大化问题转换为凸近似问题；

利用迭代优化算法获得凸近似问题的最优解，使得全双工中继系统的安全能效最优。

结合第一方面，进一步的，所述全双工中继系统的安全能效模型的表达式如下：

其中，η_SEE表示全双工中继系统的安全能效，R_sec表示全双工中继系统的安全容量，P_total表示全双工中继系统的总功耗，R_d表示全双工中继系统中目的节点的可达速率，R_k表示全双工中继系统中第k个窃听节点的可达速率，ζ_r表示全双工中继系统的中继的功率损耗系数，P_r表示全双工中继系统的中继的发送功率，P_sta表示全双工中继系统的硬件功率消耗，k＝1,2,…,K，K为全双工中继系统中窃听节点的数量。

进一步的，当中继采用放大转发协议，R_d的表达式如下：

其中，P_s表示全双工中继系统中源节点的发送功率，h_rd表示全双工中继系统中中继到目的节点的信道矢量，W为中继波束赋形矩阵，h_sr表示全双工中继系统中源节点到中继的信道矢量，表示中继的噪声方差，表示目的节点的噪声方差。

进一步的，设全双工中继系统中的窃听节点同时接收源节点和中继的发送信号，则R_k的表达式如下：

其中，h_sk表示全双工中继系统中源节点到第k个窃听节点的信道矢量，表示第k个窃听节点的噪声方差，h_rk表示全双工中继系统中中继到第k个窃听节点的信道矢量。

进一步的，P_r满足如下约束：