[发明专利]提高通信系统的安全速率的方法和系统、安全通信系统

摘要

本发明涉及一种提高通信系统的安全速率的方法和系统、安全通信系统，该方法是在仅知道窃听信道的统计信息情况下，为了设计信号与人工噪声的协方差矩阵，同时保证无线传输信息和能量的功能特点，根据安全容量优化有用信息的协方差矩阵和人工噪声的协方差矩阵，使得信息接收机在发送机的发射功率的约束条件和能量接收机接收到的无线能量的约束条件下，最大化获得的安全速率。该提高通信系统的安全速率的方法和系统、安全通信系统，对于合法用户和窃听者都在同一个系统的情形，在仅知道窃听信道的统计信息情况下，设计有用信息与人工噪声的协方差矩阵，通过最大化信息接收机的安全容量，提高通信系统的速率，同时还保证无线传输信息与能量。

主权项

一种提高通信系统的安全速率的方法，包括安全速率计算流程和无线通信流程，其特征在于，所述安全速率计算流程包括：发送机将有用信息叠加到人工噪声中得到携带信息，所述携带信息包括所述有用信息和所述人工噪声；其中，携带信息的信号向量为x＝u+v，其中，向量u～CN(0,Su)表示有用信息，向量v～CN(0,Sv)表示人工噪声，且向量u～CN(0,Su)和向量v～CN(0,Sv)相互独立；所述发送机发送所述携带信息，且所述发送机的发射功率的约束条件：tr(Su+Sv)≤P其中，为所述有用信息的协方差矩阵，为所述人工噪声的协方差矩阵，tr(Su+Sv)为矩阵Su和Sv的迹，物理含义是发送机的发射功率，P为所述发送机的最大发射功率；能量接收机接收无线能量，且能量接收机接收到的无线能量的约束条件：g+(Su+Sv)g≥Q其中，Q为能量接收机接收到的无线能量，g为能量信道；假定发送机知晓信息信道和能量信道的完美信道状态，知晓窃听信道的统计信息，信息接收机获得的安全容量为：R‾=(log21+hs+(Su+Sv)hs1+hs+Svhs-E[log21+he+(Su+Sv)he1+he+Svhe])+]]>其中，为安全容量，hs为信息信道，he为窃听信道；根据所述发送机的发射功率的约束条件和所述能量接收机接收到的无线能量的约束条件，将信息接收机获得的安全容量表示为第一优化问题，所述第一优化问题为：所述约束条件为：根据所述安全容量优化所述有用信息的协方差矩阵Su和所述人工噪声的协方差矩阵Sv，使得信息接收机在所述发送机的发射功率的约束条件和所述能量接收机接收到的无线能量的约束条件下，最大化获得的安全速率；所述无线通信流程包括：所述发送机根据最大化的安全速率形成所述携带信息并发送；所述信息接收机接收所述携带信息；所述能量接收机接收所述携带信息中的无线能量。