一种基于多站协同的防窃听通信方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114584188A(43)申请公布日2022.06.03(21)申请号202210035446.2(22)申请日2022.01.13(71)申请人中国人民解放军陆军工程大学地址210007江苏省南京市秦淮区后标营路88号(72)发明人丁国如李岩王海超徐以涛谷江春李京华(74)专利代理机构北京力量专利代理事务所(特殊普通合伙)11504专利代理师毛雨田(51)Int.Cl.H04B7/0456(2017.01)H04B7/06(2006.01)H04B7/08(2006.01)H04W12/63(2021.01)权利要求书4页说明书10页附图8页(54)发明名称一种基于多站协同的防窃听通信方法(57)摘要一种基于多站协同的防窃听通信方法，包括描述模块、建立模块、优化模块；描述模块用于对基于多站协同的防窃听系统中和容量的分布和主波束方位的关系进行描述；建立模块用于建立基于用户位置的和容量的分布和主波束方位的数学模型；优化模块用于对数学模型进行优化；结合其它结构或方法有效避免了启发式算法具有一定的盲目性、在防窃听角度并不是最优的缺陷。CN114584188ACN114584188A权利要求书1/4页1.一种基于多站协同的防窃听通信方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：对基于多站协同的防窃听系统中可达速率的分布和主波束方位的关系进行描述；步骤2：建立基于用户位置的可达速率的分布和主波束方位的数学模型；步骤3：根据数学模型建立优化问题；步骤4：设计基于Nelder‑Mead的基站和波束角度选择算法。2.根据权利要求1所述的基于多站协同的防窃听通信方法，其特征在于，所述步骤1中的对基于多站协同的防窃听系统中可达速率的分布和主波束方位的关系进行描述，该描述的内容包括：信源将原始报文发送到核心网，核心网将原始报文逐位分成M个子报文，通过有线信道发送给相应的基站；M个基站通过视距MIMO信道将子报文发送到配备单天线的用户；用户通过组合子报文来恢复原始报文；位于波束重叠区域内的用户同时接收M个子报文并恢复原始报文，位于波束重叠区域外的用户只能接收部分子报文或没有子报文。3.根据权利要求2所述的基于多站协同的防窃听通信方法，其特征在于，所述步骤2中的建立基于用户位置的可达速率的分布和主波束方位的数学模型，包括如下内容：基站i配备Ni根天线的半波长间隔的均匀线性阵列，每个天线阵元均匀覆盖[0,π)的到达角区间；基站i天线阵列的发射信号表示为其中Pi表示发射功率，fi是预编码向量且‖fi||＝1，s表示传输符号且|s|＝1；当用户和基站之间的距离远大于相邻天线单元之间的距离，此时各天线单元到用户的2×1方向是相同的；设xi和yi为基站i的横坐标和纵坐标，l∈为用户的位置，则到达角表示为其中：l表示用户的位置，x(l)和y(l)分别表示l的横坐标和纵坐标，基站i的横坐标和纵坐标分别为xi和yi，基站i的阵列方向为γi，设基站i到用户的距离为di，为天线单元辐射方向特性的大尺度衰落，λi为基站i载波波长，为方差为σ2的噪声，基站i从用户处接收到的信号为其中为高斯白噪声，v(θi)为基站i关于离开角θi的阵列响应矢量，定义为基站接收到的信号的信噪比为2CN114584188A权利要求书2/4页为了最大化位于方向的接收机的γi，采用共轭波束赋形，则预编码向量设定为将(6)代入(5)，得到当基站i对方向波束赋形时，在方向θi的用户的信噪比表示为当天线数目趋近无穷大时，对于不同角度的阵列响应矢量渐近正交，也就是原信号被分成了M个子信号，它们分别通过M个信道传播；设Bi是BSi发出信号的带宽，则BSi到位于l的用户的速率可以表示为其中为基站i主波束角度。定义向量s∈{0,1}M×1表示哪些基站被选择，s的第i个元素为1表示第i个基站被选择，为0则表示没被选择；定义可达速率为系统中信息无差错传输的最大速率，表示为公式(10)描述了可达速率和用户位置的关系，公式(8)中描述了角度域的稀疏性，不同位置的可达速率同样表现出了类似的特点；特别是基站上配备的天线数很多时，定义所有被选择的基站的主波束覆盖的地方为有效接收区，当天线数趋近无穷大时，有效接收区收敛到一个点。4.根据权利要求3所述的基于多站协同的防窃听通信方法，其特征在于，所述步骤3中的根据数学模型建立优化问题，具体包括：找到来最大化用户的可达速率R(l)，即用户的位置应为和容量最大点，目标用数学表述为3CN114584188A权利要求书3/4页其中为实数集，ξ为任意接收机位置。C1说明用户的位置被所有被选择的基站覆盖；C2说明至少有k个基站被选择；C3是安全速率的保证。5.根据权利要求4所述的基于多站协同的防窃听通信方法，其特征在于，所述步骤4中的设