[发明专利]不可信中继网络基于符号分离和波束形成的安全传输方法

摘要

本发明提供了一种不可信中继网络基于符号分离和波束形成的安全传输方法，选择信道增益最强的两个中继分别来发送有用符号分离的实部和虚部，然后设计定向波束形成，使两个所选中继最大化地接收有用信号的实部和虚部，以保证不可信中继节点R不能窃听有用信息，同时目的节点可以解码出有用信息，以此来提高网络的安全传输性能。本发明在最小化不可信中继的译码能力的同时，改善网络传输的可靠性，对提升系统安全传输性能有着重要的意义。

主权项

一种不可信中继网络基于符号分离和波束形成的安全传输方法，其特征在于包括下述步骤：步骤一，在信息传输过程的第一个时隙中，完成中继选择、预编码设计、符号分离和波束形成，具体内容如下：(1)针对由一个源节点N个不可信中继节点和一个目的节点组成的多天线、多不可信中继网络，假设配置有L根天线，有Z根天线，所有的中继都是单天线的，且L≥N≥2，和之间不存在直传链路，所有的节点都工作在半双工模式，并且所有节点接收到的噪声都是均值为0、方差为N0的加性复高斯噪声；根据第i个中继的信道向量选择出信道增益最强的两个中继和其中1≤i，m，n≤N且m≠n；(2)定义除了从到和从到以外的其它所有中继的信道矩阵分别为和利用奇异值分解得到其中，是包含所有奇异值的对角矩阵，和是酉矩阵；分解矩阵V得V＝[V1V2］，其中且V2的列张成的子空间即为的零空间；假设表示矩阵V2的一个列向量，1≤j≤L‑N+1，设计预编码向量同理，获得与的零空间相对应的正交基矩阵表示矩阵T2的一个列向量，1≤k≤L‑N+1，设计预编码向量(3)利用M进制调制技术将比特流映射为一个单位功率的复信号s＝sR+jsI，其中sR和sI分别为复信号s的实部和虚部，利用符号分离技术和波束形成技术构造S的发送信号[sR sI]T，其中，Ps表示的发送功率；在所选和处分别接收有用信号的实部和虚部并叠加加性复高斯噪声，其它未选中继处只能接收到加性复高斯噪声，中继节点接收的信号表示为yri=0.5Pshrmhm‾⊥sR+nrm(i=m)0.5Pshrnhn‾⊥sI+nrn(i=n)nri(i≠m,i≠n)]]>其中，表示在处接收到的加性复高斯噪声；步骤二、在信息传输过程的第二个时隙中，完成中继放大转发、源节点协作干扰以及合并接收，具体内容如下：(1)所选中继和放大转发信号为和其中，μm和μn表示和的放大因子，和和为和的发射功率；(2)由源节点发送人工噪声给所有的中继节点；(3)在处接收到的信号ydm,n=μmhdmyrm+μnhdnyrn+nd=μm0.5Pshdmhrmhm‾⊥μn0.5Pshdnhrnhn‾⊥sRsI+n0]]>其中，是处总的等效噪声；利用正则求逆的方法，处解码出的有用信息[sR sI]T的估计值其中，和分别表示sR和sI的估计值，是与之间的等效信道矩阵，