一种可实现物理层安全传输的波束成型方法与流程

技术特征：

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S→D直传链路和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。

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，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。

3.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，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。

4.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，将该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

5.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。

6.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

7.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：

$H_e=\sqrt{P_S/2}\left[\begin{array}{cc}\left|\right|h_{SD}|{|}^2& h_{SD}{\left(h_{{\mathrm{SR}}^{*}}\right)}^{\⊥}\\ \sqrt{\mathrm{\β}}\mathrm{Re}\left\{h_{{\mathrm{SR}}^{*}}{\left(h_{SD}\right)}^H\right\}& 0\end{array}\right];$

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：

$\left[\begin{array}{c}{\hat{s}}_R\\ {\hat{s}}_I\end{array}\right]={\left(H_e{H}_e^H+\left[\begin{array}{cc}2N_0& 0\\ 0& 2P_{R^{*}}|h_{R^{*}D}{|}^2+2N_0\end{array}\right]\right)}^{-1}{H}_e^H{y}_D;$

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。

8.一种利用权利要求1～7任意一项所述可实现物理层安全传输的波束成型方法的分布式通信系统。

9.一种利用权利要求1～7任意一项所述可实现物理层安全传输的波束成型方法的移动Ad-hoc网络。

10.一种利用权利要求1～7任意一项所述可实现物理层安全传输的波束成型方法的用户直连通信系统。