[发明专利]主信道非理想估计时基于人工噪声的协作网络功率分配法

摘要

本发明公开了一种主信道非理想信道估计条件下基于人工噪声的协作网络中功率分配方法。本发明通过加入协作干扰器机发送干扰信号建立协作关系，协作干扰机利用理想信道估计方法估计得到的信道状态信息设计干扰信号，发挥干扰作用；发射源按理想信道估计条件下优化得到的最优功率分配比设计发射信号，经过存在估计误差的信道后系统达到的安全传输速率，比较该安全传输速率与理想信道估计条件下系统安全速率的差距，验证考虑主信道信道估计存在误差的重要性，提出更可靠，更实际的功率分配方案。

主权项

1.主信道非理想估计时基于人工噪声的协作网络功率分配法，其特征在于，它包括以下步骤：S1：合法接收端同时向发射源发射端和协作干扰机发送导频序列，所述导频序列经过发射端到合法接收端的实际信道h_b’，同时经过协作干扰机到合法接收端的实际信道h_bc’；S2：发射端接收所述导频序列并做非理想信道估计得到非理想信道h_b，即h_b＝h_b’+δ_b；协作干扰机接收导频序列并做理想信道估计得到理想信道h_bc，即h_bc＝h_bc’，记其中代表随机向量的协方差矩阵；S3：发射端利用信道矩阵h_b设计发射信号s并发射，协作干扰机分别利用信道矩阵h_bc设计发射信号s_c并发射，发射信号s、s_c分别经过h_b’、h_bc’到达合法接收端，同时发射信号s、s_c分别经过窃听信道h_e、h_ec到达窃听端；S4：合法接收端接收信号为y_b并计算信干噪比，表示为γ_b(φ)，根据发射信号的设计原则可知简化表达式，合法接收端的接收信号表示为其中，n_b，n_e～CN(0，1)分别代表噪声对合法接收端和窃听端的影响；发射端发射信号s中的人工噪声信号部分应对合法接收端没有任何影响，故满足：其中，Pa表示发送端的发送功率约束；φ∈[0，1]表示Pa的功率分配比；x～CN(0，1)科分别表示高斯码本的数据信号和高斯噪声向量，并且是相互独立的；等式右边第一项表示信息轴方向的信号，其中第二项表示人工噪声向量，其中的列向量构成的零空间的标准正交基；干扰机端发射信号s_c，也应对合法接收机没有任何影响，即所以s_c表示为：其中P_c表示CJ的发送功率约束；W的列向量形成了的零空间的标准正交基；表示一个高斯噪声向量；合法接收端的信干噪比SINR可以表示成已知且的列向量构成的零空间的标准正交基，从而得到故：由于系统只知道窃听信道的统计信息，窃听端的接收信号和信干噪比仍为理想信道估计条件下的结果，分别为：要实现安全中断容量最大化，该优化问题可以等价为一个功率分配问题，描述如下：s.t.Pr(γ_e(φ)＞μ)＝ε，0≤R_s≤C_b；其中γ＝P_a||h_b||²，R_s表示安全传输速率，ε表示安全中断概率约束，C_b＝log₂(1+γ_b(φ))表示主信道的信道容量，表示和中断概率有关的阈值；求解安全中断概率约束为：其中和由上式看出ω是一个关于φ的隐函数，且显然ω(φ)＞0，则功率分配问题的公式就表示成：S5：计算理想信道估计条件下发射端发射功率的最优分配比φ*，以及该功率分配比时的最大安全传输速率R_s^*；S6：将理想信道估计条件下最优功率分配比φ*设计发送信号，并计算该发送信号经过与估计信道存在估计误差的实际信道时系统达到的安全传输速率Rs’，即将理想信道估计条件下的φ*带入公式步骤S4中的最后一个公式得到Rs’＝R_s(φ*)；S7：比较R_s’与R_s^*，得出结论。