[发明专利]一种可实现物理层安全传输的波束成型方法

权利要求书

1.一种可实现物理层安全传输的波束成型方法，其特征在于，所述可实现物理层安全传输的波束成型方法包括以下步骤：

步骤一，根据网络规划的要求，为源节点S分配K个中继节点；

步骤二，源节点S分别估计源节点到目的节点S→D直传链路和源节点到中继节点S→R_k中继链路的信道衰落矢量；

步骤三，源节点S根据S→R_k中继链路的信道增益选择一个最佳的中继节点R^*；

步骤四，源节点S对发送的比特信息进行星座映射；

步骤五，源节点S对发送信号进行波束成型并向中继节点R^*和目的节点D广播；

步骤六，中继节点R^*将接收信号进行放大并转发至目的节点D；

步骤七，目的节点D对源节点S和中继节点R^*发送的信号进行合并检测和判决；

根据网络规划的要求，为源节点S分配K个中继节点与目的节点D进行协作通信，其中，K个中继节点构成集合R＝{R₁,…,R_k,…,R_K}且k＝1,2,…K；

根据衰落信道的互易性，源节点S利用目的节点D和中继节点R_k的反馈信号，分别估计S→D直传链路的信道衰落矢量h_SD和S→R_k中继链路的信道衰落矢量其中k＝1,2,…K。

2.如权利要求1所述的可实现物理层安全传输的波束成型方法，其特征在于，所述步骤三具体包括：

第一步，源节点S计算S→R_k中继链路的信道增益其中|| ||表示求向量的长度且k＝1,2,…K；

第二步，源节点S比较K个中继节点的信道增益Γ_k，从中继集合R中选择信道增益最大的一个中继节点，将该选择的中继节点和相应的中继链路的信道衰落矢量分别标记为R^*和

3.如权利要求2所述的可实现物理层安全传输的波束成型方法，其特征在于，所述步骤五具体包括：

第一步，利用得到的h_SD和源节点S计算发送信号的波束成形矢量，即和其中，()^H表示求矩阵或向量的共轭转置，()^⊥表示求向量的正交向量，P_S为源节点的发射功率；

第二步，源节点S将发送信号分解为实部和虚部，然后分别进行波束成形，即x_S＝ω_Rs_R+jω_Is_I，其中，s_R和s_I分别是发送信号的实部和虚部。

4.如权利要求3所述的可实现物理层安全传输的波束成型方法，其特征在于，所述步骤六具体包括：

第一步，中继节点R^*计算接收信号的功率归一化因子，即其中，为中继节点R^*的接收信号，为中继节点R^*的发射功率，Re{}表示取复信号的实部；

第二步，中继节点R^*利用β对发送信号进行功率归一化，然后将信号放大转发至目的节点，所以中继节点R^*的发送信号为

5.如权利要求4所述的可实现物理层安全传输的波束成型方法，其特征在于，所述步骤七具体包括：

第一步，目的节点D将接收信号写成向量的形式，即y_D＝[y_D1,y_D2]^T，其中y_D1和y_D2分别表示目的节点D对S→D链路和R^*→D链路的接收信号；

第二步，目的节点D计算S→D链路和S→R^*→D链路联合的等效信道矩阵，即：

第三步，利用最小均方误差准则，目的节点D对接收信号进行合并检测，合并检测的输出信号为：

其中，和表示目的节点D对源节点S发送信号的实部和虚部的估计，表示R^*→D链路的信道衰落系数，N₀表示目的节点D的接收高斯白噪声的方差，| |表示求复数的模，()^-1表示求矩阵的逆；

第四步，目的节点D对合并检测的输出结果进行判决从而得到源节点S发送的比特信息。