[发明专利]基于SLR的多用户安全通信的预编码方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其是基于SLR（signal-to-leakage ratio，信漏比）的MUME-MIMO（multiple-user multiple-eavesdropper，multiple-input multiple-put，多用户多窃听者多进多出）多用户安全通信中的一种预编码设计方案，具体涉及基于SLR的多用户安全通信的预编码方法。

背景技术

随着通信技术的不断发展，人们对传输速率、传输可靠性、资源利用率以及通信安全等性能要求越来越高。由于无线通信的广播特性，通信安全成为了无线通信的一个基本问题。一个潜在的窃听者可能在不被探测到的情况下窃听到发信者发送的信息，从而给无线通信安全造成威胁。传统上通信安全可以通过使用加密技术来实现。另一方面，根据信息论的研究发现在不需要使用保密密钥的前提下也可以实现安全通信。

在早期信息论的研究中，Wyner介绍了一种窃听信道模型，在这种模型中窃听者的信道被定义成合法用户的退化版本。只要窃听者的信道质量没有合法用户的好，那么就可能得到一个非零的保密容量。Csiszar和Korner把安全通信的问题扩展到了一个更为一般的信道条件：一个公共的信息被同时发送给两个用户，另外一个保密信号只被发送给他们中的一个。为了即使在合法接受者的信道质量比窃听者差很多的情况下达到保密通信，各种物理层的技术被运用。其中被运用最广泛的技术之一就是使用多天线来同时发送信号和人工噪声来迷惑窃听者。

如果安装了多天线，发信者就可以同时发射有用信息信号以及人工噪声来达到保密通信的目的。其中人工噪声是随即发射的，用来“掩护”有用信号发送给合法接收者，在用户端可以被干扰消除，而在窃听者一端则造成很大干扰。同时，在基于多天线的带有人工噪声的安全通信的设计中，有用信号和人工噪声之间的发射功率分配也是一个很重要的课题。

以前的研究多数关注的都是单用户系统。然而大多数实际的通信系统都有不止一个用户。此外窃听者也可能不是单独地存在，这就意味着他们可以采取联合或不联合的方式进行窃听。这就是所谓的MUME（多用户多窃听者）系统。要达到通信安全，必须保证任何一个合法的用户都不被窃听，这在以前很少有人研究。在多用户多窃听者情况下，系统的保密容量也和单用户系统不同。2007年Y.Liang,H.V.Poor,and S.Shamai在“Compoundwire-tap channels,”中讨论了带有人工噪声的MUME保密通信系统的保密容量的实现。2008年Y.Liang,H.V.Poor,and S.Shamai在IEEE Trans.Inf.Theory上的“Secure communication over fadingchannels”中给了一个关于MUME系统保密容量的一个粗略的定义。2009年A.Mukherjee and A.Swindlehurst在Proc.47th AllertonConf.on Communication,Control and Computing上的“Utility of Beamforming Strategiesfor Secrecy in Multiuser MIMOWiretap Channels,”中讨论了多用户MIMO窃听信道下的两种ZF beamforming策略。其中作者重点分析了Bob和Eve的SNR和BER，但是他们只对单数据流的情况做了分析。