[发明专利]方向调制中基于泄露的功率分配策略

说明书

本发明提供了方向调制中基于泄露的功率分配策略，在给定任意功率分配因子初始值和总功率受限的情况下，本发明提出了方向调制中基于泄露的功率分配策略。首先初始化功率分配因子，然后通过泄露的方法求解相应的有用信号波束成形向量和人工噪声投影矩阵，同时计算对应的安全速率。由于功率分配因子初始值未必是最优值，即安全速率未必达到最大值，因此，我们需要通过循环推导功率分配因子与有用信号波束成形向量和人工噪声投影矩阵所对应的解来计算相应的安全速率，直至安全速率收敛，此时所对应的功率分配因子即为最优功率分配因子。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及方向调制中基于泄露的功率分配策略。

背景技术

方向调制(Directional Modulation,DM)作为一种安全的物理层无线传输技术，是对指定方向进行安全通信的技术。具体地说，DM是一种发射机端的技术，它能够将数字编码信号投射到预先指定的安全方向，同时扭曲该信号在其他方向的星座图。传统的DM技术主要应用于射频前端。另一种实现DM的方式是基于基带信号的算法设计。值得注意的是，Yuan Ding提出了一种用矢量表示DM系统的理论，并利用该理论来实现DM的发射特性，也就是所说的正交向量法。该方法与传统的基于射频前端DM相比，利用了波束成形方案与人工噪，更易于在基带信号中实现，从而进一步确保在不同时隙传输不同的星座点，也更易于实现动态DM。此外，还可以利用协作中继来提升物理层安全以防无线通信系统中非法用户的窃听和利用最大化信泄噪比法来设计预编码器以实现安全通信。

最优功率分配在DM中也极为重要，然而之前的研究虽然分析了不同场景下发射机同时发射有用信号和人工噪声的功率分配问题，但没有推导基于最大化安全速率的最优功率分配因子的解析式。有的作者推导出了在存在主动窃听者且天线数为无穷多时多胞多用户超大规模多输入多输出系统中的渐进可实现安全速率，同时获得了有用信号和人工噪声间功率分配的闭合表达式。另外，有的文献研究了在中继干扰发射机的帮助下从控制者到激励者的安全下行传输，其中有用信号和人工噪声间功率分配参数的影响通过在最小安全速率受限的条件下最小化安全中断概率来分析。同时推导了多输入单输出单窃听、多输入单输出多窃听和多输入多输出多窃听场景中安全速率的下界，并且从这些下界中得到了对应的功率分配的解决方案。Tsai研究了分布式天线系统中的安全传输问题，其中可实现遍历安全速率通过随机矩阵理论得到，同时作者将非凸的功率分配问题转化为等效的最大化最小化问题并且提出了块坐标下降法来解决该问题，从而实现安全通信。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供方向调制中基于泄露的功率分配策略，在总功率受限的情况下，首先初始化功率分配因子，然后通过泄露的方法求解相应的有用信号波束成形向量和人工噪声投影矩阵，同时计算对应的安全速率。由于功率分配因子初始值未必是最优值，即安全速率未必达到最大值，因此，我们需要通过循环推导功率分配因子与有用信号波束成形向量和人工噪声投影矩阵所对应的解来计算相应的安全速率，直至安全速率收敛，此时所对应的功率分配因子即为最优功率分配因子。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案包括：任意初始化功率分配因子；通过泄露的方法求解相应的有用信号波束成形向量和人工噪声投影矩阵，同时计算对应的安全速率；通过循环推导功率分配因子与有用信号波束成形向量和人工噪声投影矩阵所对应的解来计算相应的安全速率，直至安全速率收敛，此时所对应的功率分配因子即为最优功率分配因子。

进一步地，具体过程包括：S1.任意初始化功率分配因子；S2.利用泄露的方法求出对应的有用信号波束成形向量和人工噪声投影矩阵，同时计算对应的安全速率；S3.利用之前的有用信号波束成形向量和人工噪声投影矩阵推导优化的功率分配因子并循环之前步骤直到安全速率收敛；S4.求解安全速率最大值所对应的功率分配因子即为最优功率分配因子。