一種物理層服務融合中的魯棒性傳輸設計方法技術

本發明專利技術屬移動通信領域，尤其涉及物理層服務融合通信傳輸技術。本發明專利技術提供一種物理層服務融合中的魯棒性傳輸設計方法：首先預處理，確定多播服務的傳輸協方差矩陣Q0和保密服務的傳輸協方差矩陣Qc，得出速率域，最優傳輸協方差矩陣和最優保密服務的傳輸協方差矩陣然后在發送節點傳輸處理。本發明專利技術在保證一種服務質量的同時，最大化另一種服務的傳輸速率，從而獲得最差情況下即信道誤差最大情況下的可達速率域。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬移動通信領域，尤其涉及物理層服務融合通信傳輸技術。
技術介紹
5G通信技術需要很高的頻譜效率和較高的安全性，從而促使多種服務的融合，比 如保密服務（confidential service)和多播服務（multicast service)的融合。傳統的 服務融合技術通過不同的邏輯信道以提供不同的服務，頻譜效率較低。相對地，物理層服務 融合技術通過利用物理信道的特性融合不同的服務，這些服務可以使用相同的無線資源， 頻譜效率較高，因此被認為是極有前景的一項技術。 多播服務可以通過發送多播信息來實現，保密服務需要保證信息不被非法用戶竊 取，傳統地，利用高層的一些秘鑰技術加密信息，但是隨著計算機計算能力的提升以及算法 的改善，秘鑰技術越來越容易被破解，因此出現了物理層安全技術。物理層安全技術只利用 信道特性確保安全性，因此無論非法用戶對獲得的信息作何處理都無法重建原始信息，因 此物理層安全引起了人們足夠的重視，也有很多學術文章解決各種場景、各種信道信息條 件下的安全速率問題，并取得了很多成果。 近年來，雖然物理層的服務融合引起了人們很大的重視，但是，大部分研究都是從 信息論的角度出發，比如，針對給定的輸入協方差矩陣，給出了容量的表達式，但是很少有 研究涉及如何設計輸入協方差矩陣（傳輸策略）最大化容量域。另一方面，這些研究大都 是基于完美信道的假設，但是在實際中，很多因素會導致信道信息的非完美，例如信道估計 誤差、有限反饋等。
技術實現思路
針對現有的關于服務融合的研究中，基本都是基于完美信道信息假設的，然而實 際中發送端獲得的信道狀態信息往往是非完美的這一問題，本專利技術提供一種物理層服務融 合中的魯棒性傳輸設計方法，在保證一種服務質量的同時，最大化另一種服務的傳輸速率， 從而獲得最差情況下即信道誤差最大情況下的可達速率域。 為了方便的描述本專利技術的內容，首先對本專利技術所使用模型進行定義： 本專利技術采用的信道誤差模型為：發送節點到用戶i的信道表示為h =ii U， 其中，i = 1，2,反表示發送節點已知的確切信息，^表示信道的不確定部分且滿足 錢=如:M- ，ε $已知的常數，|·肊表示Frobenius范數。 -種物理層服務融合中的魯棒性傳輸設計方法，包括如下步驟： S1、預處理，確定多播服務的傳輸協方差矩陣Q。和保密服務的傳輸協方差矩陣Q。， 得出速率域，最優傳輸協方差矩陣Qi1和最優保密服務的傳輸協方差矩陣 S11、發送節點S向兩個接收節點廣播發送訓練序列信息，同時，所述發送節點S接 收來自所述兩個接收節點的信息反饋； S12、根據Sll所述信息反饋確定Sll所述發送節點S到Sll所述兩個接收節點的 信道矢量艮+.和誤差e;的界ε i，其中，i = 1，2 ; S13、確定信道誤差最大的情況下安全速率對（R。，R。)， 保密信息的傳輸速率 多播信息的傳輸速率 其中，（·） ， H表示共輒轉置； S14、采用基于QoS約束的方法求得S13所述速率對（R。，R。）所在的速率域和最優 傳輸協方差矩陣<3[和最優保密服務的傳輸協方差矩陣(6: S2、發送節點傳輸處理，即發送節點根據Sl所述向對應的接收節點發送 信息，其中，Qi對應的是多播服務，需要同時向Sii所述兩個接收節點發送，Qi對應的是 保密服務，目的接收節點為Sll所述兩個接收節點中的一個。 進一步地，S14所述求得速率域的方法具體為： I、保證在兩個接收節點多播信息的SINR大于等于τ，對保密信息的速率進 行去最大化，即^，求得速率域邊界上的一個點 (l〇g(l+T)，g(T))，其中，τ為固定門限值，tr{·}表示計算括號中的矩陣的對角線元素 之和，P表示發送節點的總功率，g( τ )為保密信息的傳輸速率； II、將步驟I中所述2g(T)由非凸問題轉化為準凸問題，利用凸優化工具進行求解， 獲得步驟I所述固定門限值τ對應的g(T)的最小值，最優傳輸協方差矩陣Q〗和最優保 密服務的傳輸協方差矩陣Q:;: III、調整步驟I所述固定門限值τ的大小，從〇開始取值，逐步增加步驟I所述固 定門限值τ的值，得到不同的速率對（慫,及）直到τ增加到某一特定值的時候，R。 趨近與〇,則停止增加 τ，根據步驟I所述的（l〇g(l+ τ )，g( τ ))得到速率域邊界上不同的 點，即求出速率域。 進一步地，步驟II所述凸優化工具為CVX。 進一步地，步驟II所述由非凸問題轉化為準凸問題，具體步驟如下： (1)、將步驟I所述2g(T)等價轉化為 (2)、對步驟（1)中的的式子d的約束條件采用S-procedure 技術，將無限多個不等式約束轉化為一個線性矩陣不等式，得到，其中，變量μ3ι1彡〇, I為單位矩 (3)、對步驟（1)中的的式子b和式子c使用S-procedure及Schur complement 技術，得到其中，變量μ >〇, 表示矩 陣的 Moore-Penrose inverse ； (4)、根據步驟（1)、步驟⑵和步驟（3)可得 (6)、對步驟（5)中的式e和式f采用Schur complement，可得準凸問題 本專利技術的有益效果是： 本專利技術的方法在不同的信道誤差下，都可以穩定提供多播服務和保密服務，并且 在完美信道信息下，兩種服務的發送協方差矩陣的秩都為1，即波束賦形最優。本專利技術在保 證一種服務質量的同事，最大化另一種服務的傳輸速率，從而獲得最差情況下即信道誤差 最大情況下的可達速率域。【附圖說明】 圖1是本專利技術【具體實施方式】的網絡模型圖。 圖2是不同信道誤差下速率域的仿真圖。 圖3是本專利技術法案與其他方案性能的對比仿真圖。【具體實施方式】 下面結合實施例和附圖，詳細說明本專利技術的技術方案。 如圖1所示，該網絡模型中包含一個多天線的信源節點，兩個單天線的接收節點。 首先，任意指定兩個接收節點，信源節點S向兩個接收節點廣播發送訓練序列信 息，并接收來自接收節點的信息反饋。 基于當前信息反饋，確定發送節點S到兩個用戶的信道矢量瓦，〗=1.2以及誤差ei 的界ε 1;當前第1頁1 2 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種物理層服務融合中的魯棒性傳輸設計方法，其特征在于，包括如下步驟：S1、預處理，確定多播服務的傳輸協方差矩陣Q0和保密服務的傳輸協方差矩陣Qc，得出速率域，最優傳輸協方差矩陣和最優保密服務的傳輸協方差矩陣；S11、發送節點S向兩個接收節點廣播發送訓練序列信息，同時，所述發送節點S接收來自所述兩個接收節點的信息反饋；S12、根據S11所述信息反饋確定S11所述發送節點S到S11所述兩個接收節點的信道矢量和誤差ei的界εi，其中，i＝1,2；S13、確定信道誤差最大的情況下安全速率對(Rc,R0)，保密信息的傳輸速率Rc≤mine1∈Ω1,e2∈Ω2log1+(h~1+e1)Qc(h~1+e1)H1+(h~2+e2)Qc(h~2+e2)H,]]>多播信息的傳輸速率R0≤mini=1,2{minei∈Ωilog1+(h~i+ei)(Qc+Q0)(h~i+ei)H1+(h~i+ei)Qc(h~i+ei)H},]]>其中，(·)H表示共軛轉置；S14、采用基于QoS約束的方法求得S13所述速率對(Rc,R0)所在的速率域和最優傳輸協方差矩陣和最優保密服務的傳輸協方差矩陣；S2、發送節點傳輸處理，即發送節點根據S1所述和向對應的接收節點發送信息,其中，對應的是多播服務，需要同時向S11所述兩個接收節點發送，對應的是保密服務，目的接收節點為S11所述兩個接收節點中的一個。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：孔衛慶，陳智，李玲香，梅渭東，
申請(專利權)人：電子科技大學，
類型：發明
國別省市：四川;51