一种用于全双工保密通信系统的发射预编码方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于全双工保密通信系统的发射预编码方法，该全双工保密通信系统包括第一信源、第二信源和窃听者，该方法包括：第一信源的发射预编码矩阵搜索步骤、第二信源的发射预编码矩阵搜索步骤、安全和速率计算步骤以及发射预编码矩阵输出步骤。
【专利说明】
-种用于全双工保密通信系统的发射预编码方法
技术领域
[0001] 本发明设及全双工保密通信技术领域，尤其设及一种用于全双工保密通信系统的 发射预编码方法。
【背景技术】
[0002] 附图1示出了一个全双工全双工保密保密通信系统，该系统包括全双工的第一信 源和第二信源，还包括窃听者，其中第一信源和第二信源同时发送和接收信息。第一信源和 第二信源均具有咐良发送天线，第一信源、第二信源和窃听者的接收天线均是单天线。
[0003] 对于附图1所示的通信系统而言，存在的技术问题是:如何优化第一信源和第二信 源的发射预编码矩阵(也叫协方差矩阵），从而在保证安全的情况下降低干扰，使得系统容 量最大化。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种用于全双工保密通信系统的发射预编码方法，W解决 上述的技术问题。
[0005] 本发明的一个实施例提供了一种用于全双工保密通信系统的发射预编码方法，该 全双工保密通信系统包括第一信源、第二信源和窃听者，该方法包括:第一信源的发射预编 码矩阵捜索步骤:将第二信源的发射预编码矩阵固定不变，捜索第一信源的发射预编码矩 阵，使得在第一信源的最大发射功率不超过预先设定的上限值且第一信源的发射预编码矩 阵为半正定矩阵的前提条件下，全双工保密通信系统的安全和速率最大;第二信源的发射 预编码矩阵捜索步骤:将第一信源的发射预编码矩阵固定不变，捜索第二信源的发射预编 码矩阵，使得在第二信源的最大发射功率不超过预先设定的上限值且第二信源的发射预编 码矩阵为半正定矩阵的前提条件下，全双工保密通信系统的安全和速率最大;安全和速率 计算步骤:根据一轮捜索得到的第一信源的发射预编码矩阵和第二信源的发射预编码矩阵 计算全双工保密通信系统的安全和速率；W及发射预编码矩阵输出步骤：当最近两次计算 得到的全双工保密通信系统的安全和速率的差值不超过预先设定的口限值时，输出最近一 轮更新得到的第一信源的发射预编码矩阵和第二信源的发射预编码矩阵。
【附图说明】
[0006] 通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通 技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明 的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。其中在附图中，参考数字 之后的字母标记指示多个相同的部件，当泛指运些部件时，将省略其最后的字母标记。在附 图中：
[0007] 图1为全双工全双工保密保密通信系统的示意图；
[000引图2为本发明的用于全双工保密通信系统的发射预编码方法的一个实施例的流程 图；
[0009] 图3所示为本发明的用于全双工保密通信系统的发射预编码过程中的第一信源的 发射预编码矩阵捜索步骤的一个实施例的流程图；
[0010] 图4所示为本发明的第一信源的发射预编码矩阵捜索过程中的二分捜索步骤的一 个实施例的流程图。
[0011] 在附图中，使用相同或类似的标号来指代相同或类似的元素。
【具体实施方式】
[0012] 现在将参考附图来详细描述本发明的示例性实施方式。应当理解，附图中示出和 描述的实施方式仅仅是示例性的，意在阐释本发明的原理和精神，而并非限制本发明的范 围。
[0013] 参考图2,图2为本发明的用于全双工保密通信系统的发射预编码方法的一个实施 例200的流程图。图2所示的实施例200可W包含如下步骤201至204。
[0014] 需要先说明的是，在执行本发明方法的过程中，一些物理量是可W保持不变的。它 们可W是预先设定的，也可W是由其他方法或装置所提供的。比如:第一信源的自干扰传输 信道矢量haa，第一信源到第二信源的传输信道矢量hab，第一信源到窃听者的传输信道矢量 hae ;第二信源的自干扰传输信道矢量hbb，第二信源到第一信源的传输信道矢量hba，第二信 源到窃听者的传输信道矢量hbe;第一信源的接收端噪声方差式，第二信源的接收端噪声方 差口f，窃听者的接收端噪声方差為；第一信源的自干扰抑制因子Ca和第二信源的自干扰抑 审個子Cb;第一信源的发射预编码矩阵Qa的初始值Qf和第二信源的发射预编码矩阵化的初 始值;第一信源和第二信源的最大发射功率Pa和Pb ;对Qa、Qb进行更新的终止口限El ;二 分捜索过程的终止口限。。下文中的字母、符号的含义，如无特别解释，均与运里的含义相 同。
[0015] 步骤201是第一信源的发射预编码矩阵捜索步骤:将第二信源的发射预编码矩阵 固定不变，捜索第一信源的发射预编码矩阵，使得在第一信源的最大发射功率不超过预先 设定的上限值且第一信源的发射预编码矩阵为半正定矩阵的前提条件下，全双工保密通信 系统的安全和速率最大。
[0016] 具体来说，该捜索步骤可W用如下关系式来描述：
[0021] Ra ( Qa，Qb ) +Rb ( Qa，Qb ) -Re ( Qa，Qb )表示全双工保密通信系统的安全和速率，SINRa ()
[0017]
[001 引
[0019]
[0020] 表示第一信源的接收端的信干比，SINRbO表示第二信源的接收端的信干比，SINReO表示窃 听者的接收端的信干比，Tr()表示求矩阵的迹，Qa含0表示第一信源的发射预编码矩阵Qa为 半正定矩阵。
[0022] 在本发明的一个实施例中，参考图3,步骤201可W包含如下子步骤301至302。
[0023] 子步骤301是固定量计算步骤:根据下列公式计算出在一轮捜索中固定不变的量 h油，氏化，h。。，。和N:
[0024]
[0
[0026] 其中，Q;f，为第k轮捜索得到的第一信源的发射预编码矩阵，Qf为第k轮捜索得到 的第二信源的发射预编码矩阵。
[0027] 所谓一轮捜索，指的是将步骤201和步骤202执行一遍、Qa和化均完成一轮更新。
[0028] 子步骤302是二分捜索步骤：用二分法捜索满足下式要求的第一信源的发射预编 码矩阵QfW:
[0029]
[0030] 其中，IogO表示求对数，>0表示第k+1轮捜索得到的第一信源的发射预编 码矩阵QfU为半正定矩阵。
[0031] 在本发明的一个实施例中，参考图4,子步骤302可W进一步包括如下子步骤401至 404。
[0032] 子步骤401是二分捜索界限初始化步骤:二分捜索的下限的初始值m = 〇,上限的 初始值nu = rWx，其中，rwx为预先设定的二分捜索上限的最大值。
[0033] 子步骤402是第一信源的发射预编码矩阵的可行值计算步骤:根据如下公式计算 第一信源的发射预编码矩阵的可行值每:：
[0034]
[0035]
[0036]
[0037]
[00；3 引
[0039]其中，I为单位矩阵，巧为6。6的共辆转置：
。
[0040] 子步骤403是二分界限调整步骤：当
时，111 = 111，1111=(111+1111)/2;否则111 = (ni+Hu ) /2 , Tlu 二 Hu。
[0041] 子步骤404是二分捜索判断输出步骤：当riu-ru超过预先设定的二分捜索口限值。 时，返回子步骤401;否则，将作为第k+1轮捜索得到的第一信源的发射预编码矩阵Q!, 输出。
[0042] 步骤202是第二信源的发射预编码矩阵捜索步骤:将第一信源的发射预编码矩阵 固定不变，捜索第二信源的发射预编码矩阵，使得在第二信源的最大发射功率不超过预先 设定的上限值且第二信源的发射预编码矩阵为半正定矩阵的前提条件下，全双工保密通信 系统的安全和速率最大。
[0043] 步骤202的执行过程可W和步骤201的执行过程完全相同。只是在步骤202中，是将 化固定不变来捜索Qa。运里就不再寶述。
[0044] 步骤203是安全和速率计算步骤:根据一轮捜索得到的第一信源的发射预编码矩 阵和第二信源的发射预编码矩阵计算全双工保密通信系统的安全和速率。
[0045] 在本发明的一个实施例中，可W根据如下公式计算全双工保密通信系统的安全和 速率：
[0046]
[0047] 步骤204是发射预编码矩阵输出步骤：当最近两次计算得到的全双工保密通信系 统的安全和速率的差值不超过预先设定的口限值时，输出最近一轮更新得到的第一信源的 发射预编码矩阵和第二信源的发射预编码矩阵。
[004引比如，如果用R2表示根据最近一轮更新的Qa和化得到的全双工保密通信系统的安 全和速率，用Ri表示根据上一轮更新的Qa和化得到的全双工保密通信系统的安全和速率，贝U 当I R2-R1 I含Ei时，可W输出最近一轮更新得到的第一信源的发射预编码矩阵和第二信源的 发射预编码矩阵，该发射预编码矩阵可W分别用于对第一信源和第二信源的发射预编码。
[0049] 如果帕-虹I >ei，贝柯W返回步骤201，开始对Qa和化进行新的一轮更新。
[0050] 全双工保密通信系统的安全和速率的初始值可W运用上述的安全和速率计算公 式并根据〇^和〇1^^计算得到。
[0051] 至此描述了根据本发明实施例的用于全双工保密通信系统的发射预编码方法。相 对于现有的用于全双工保密通信系统的发射预编码方法而言，本发明方法相对于现有方法 的有益技术效果是：
[0052] 1、能够在存在自干扰的情况下完成全双工保密通信系统的发射预编码；
[0053] 2、能够在系统存在窃听者的情况下极大化系统的安全和速率；
[0化4] 3、计算复杂度较低。
【主权项】
1. 一种用于全双工保密通信系统的发射预编码方法，所述全双工保密通信系统包括第 一信源、第二信源和窃听者，其特征是，所述方法包括： 第一信源的发射预编码矩阵捜索步骤:将第二信源的发射预编码矩阵固定不变，捜索 第一信源的发射预编码矩阵，使得在第一信源的最大发射功率不超过预先设定的上限值且 第一信源的发射预编码矩阵为半正定矩阵的前提条件下，所述全双工保密通信系统的安全 和速率最大； 第二信源的发射预编码矩阵捜索步骤:将第一信源的发射预编码矩阵固定不变，捜索 第二信源的发射预编码矩阵，使得在第二信源的最大发射功率不超过预先设定的上限值且 第二信源的发射预编码矩阵为半正定矩阵的前提条件下，所述全双工保密通信系统的安全 和速率最大； 安全和速率计算步骤:根据一轮捜索得到的第一信源的发射预编码矩阵和第二信源的 发射预编码矩阵计算全双工保密通信系统的安全和速率;W及 发射预编码矩阵输出步骤：当最近两次计算得到的全双工保密通信系统的安全和速率 的差值不超过预先设定的口限值时，输出最近一轮更新得到的第一信源的发射预编码矩阵 和第二信源的发射预编码矩阵。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述第一信源的发射预编码矩阵捜索步骤进 一步包括： 固定量计算步骤:根据下列公式计算在一轮捜索中固定不变的量Su :，5w，氏。，n和N:其中，haa为第一信源的自干扰传输信道矢量，hab为第一信源到第二信源的传输信道矢 量，hae为第一信源到窃听者的传输信道矢量;hbb为第二信源的自干扰传输信道矢量，hba为 第二信源到第一信源的传输信道矢量，hbe为第二信源到窃听者的传输信道矢量;相为第一 信源的接收端噪声方差，姑为第二信源的接收端噪声方差，式为窃听者的接收端噪声方 差;ζ。为第一信源的自干扰抑制因子，Cb为第二信源的自干扰抑制因子;Qf为第k轮捜索得 到的第一信源的发射预编码矩阵，Qf>为第k轮捜索得到的第二信源的发射预编码矩阵；W 及二分捜索步骤:用二分法捜索满足下式要求的第一信源的发射预编码矩阵〇尸1>:其中，Pa为第一信源的最大发射功率，logO表示求对数，TH)表示求矩阵的迹， Q[w>>〇表示第k+1轮捜索得到的第一信源的发射预编码矩阵〇尸1>为半正定矩阵。3. 根据权利要求2所述的方法，其特征是，所述二分捜索步骤进一步包括： 二分捜索界限初始化步骤:二分捜索的下限的初始值m = 〇,上限的初始值nu=rwx，其 中，rWx为预先设定的二分捜索上限的最大值； 第一信源的发射预编码矩阵的可行值计算步骤:根据如下公式计算第一信源的发射预 编码矩阵的可行值运I : n=(m+nu)/2其中，功单位矩阵，巧为6。&的共辆转置，[·]+ = max('，〇); 一分界限调整步骤：当扔.廢。)名巧时，ni二ni, η。二（ni+n。) /2;否则111 = (Tii+Tiu) /2, η。= nu； 二分捜索判断输出步骤：当nu-ni超过预先设定的二分捜索口限值时，返回所述第一信 源的发射预编码矩阵的可行值计算步骤；否则，将??作为第k+i轮捜索得到的第一信源的 发射预编码矩阵or"输出。
【文档编号】H04B7/04GK105846872SQ201610158236
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月18日
【发明人】利强, 张颖, 林静然, 邵士海, 唐友喜
【申请人】电子科技大学