一种物理层服务融合中的鲁棒性传输设计方法技术

本发明专利技术属移动通信领域，尤其涉及物理层服务融合通信传输技术。本发明专利技术提供一种物理层服务融合中的鲁棒性传输设计方法：首先预处理，确定多播服务的传输协方差矩阵Q0和保密服务的传输协方差矩阵Qc，得出速率域，最优传输协方差矩阵和最优保密服务的传输协方差矩阵然后在发送节点传输处理。本发明专利技术在保证一种服务质量的同时，最大化另一种服务的传输速率，从而获得最差情况下即信道误差最大情况下的可达速率域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属移动通信领域，尤其涉及物理层服务融合通信传输技术。
技术介绍
5G通信技术需要很高的频谱效率和较高的安全性，从而促使多种服务的融合，比 如保密服务（confidential service)和多播服务（multicast service)的融合。传统的 服务融合技术通过不同的逻辑信道以提供不同的服务，频谱效率较低。相对地，物理层服务 融合技术通过利用物理信道的特性融合不同的服务，这些服务可以使用相同的无线资源， 频谱效率较高，因此被认为是极有前景的一项技术。 多播服务可以通过发送多播信息来实现，保密服务需要保证信息不被非法用户窃 取，传统地，利用高层的一些秘钥技术加密信息，但是随着计算机计算能力的提升以及算法 的改善，秘钥技术越来越容易被破解，因此出现了物理层安全技术。物理层安全技术只利用 信道特性确保安全性，因此无论非法用户对获得的信息作何处理都无法重建原始信息，因 此物理层安全引起了人们足够的重视，也有很多学术文章解决各种场景、各种信道信息条 件下的安全速率问题，并取得了很多成果。 近年来，虽然物理层的服务融合引起了人们很大的重视，但是，大部分研究都是从 信息论的角度出发，比如，针对给定的输入协方差矩阵，给出了容量的表达式，但是很少有 研究涉及如何设计输入协方差矩阵（传输策略）最大化容量域。另一方面，这些研究大都 是基于完美信道的假设，但是在实际中，很多因素会导致信道信息的非完美，例如信道估计 误差、有限反馈等。
技术实现思路
针对现有的关于服务融合的研究中，基本都是基于完美信道信息假设的，然而实 际中发送端获得的信道状态信息往往是非完美的这一问题，本专利技术提供一种物理层服务融 合中的鲁棒性传输设计方法，在保证一种服务质量的同时，最大化另一种服务的传输速率， 从而获得最差情况下即信道误差最大情况下的可达速率域。 为了方便的描述本专利技术的内容，首先对本专利技术所使用模型进行定义： 本专利技术采用的信道误差模型为：发送节点到用户i的信道表示为h =ii U， 其中，i = 1，2,反表示发送节点已知的确切信息，^表示信道的不确定部分且满足 錢=如:M- ，ε $已知的常数，|·肊表示Frobenius范数。 -种物理层服务融合中的鲁棒性传输设计方法，包括如下步骤： S1、预处理，确定多播服务的传输协方差矩阵Q。和保密服务的传输协方差矩阵Q。， 得出速率域，最优传输协方差矩阵Qi1和最优保密服务的传输协方差矩阵 S11、发送节点S向两个接收节点广播发送训练序列信息，同时，所述发送节点S接 收来自所述两个接收节点的信息反馈； S12、根据Sll所述信息反馈确定Sll所述发送节点S到Sll所述两个接收节点的 信道矢量艮+.和误差e;的界ε i，其中，i = 1，2 ; S13、确定信道误差最大的情况下安全速率对（R。，R。)， 保密信息的传输速率 多播信息的传输速率 其中，（·） ， H表示共辄转置； S14、采用基于QoS约束的方法求得S13所述速率对（R。，R。）所在的速率域和最优 传输协方差矩阵<3[和最优保密服务的传输协方差矩阵(6: S2、发送节点传输处理，即发送节点根据Sl所述向对应的接收节点发送 信息，其中，Qi对应的是多播服务，需要同时向Sii所述两个接收节点发送，Qi对应的是 保密服务，目的接收节点为Sll所述两个接收节点中的一个。 进一步地，S14所述求得速率域的方法具体为： I、保证在两个接收节点多播信息的SINR大于等于τ，对保密信息的速率进 行去最大化，即^，求得速率域边界上的一个点 (l〇g(l+T)，g(T))，其中，τ为固定门限值，tr{·}表示计算括号中的矩阵的对角线元素 之和，P表示发送节点的总功率，g( τ )为保密信息的传输速率； II、将步骤I中所述2g(T)由非凸问题转化为准凸问题，利用凸优化工具进行求解， 获得步骤I所述固定门限值τ对应的g(T)的最小值，最优传输协方差矩阵Q〗和最优保 密服务的传输协方差矩阵Q:;: III、调整步骤I所述固定门限值τ的大小，从〇开始取值，逐步增加步骤I所述固 定门限值τ的值，得到不同的速率对（怂,及）直到τ增加到某一特定值的时候，R。 趋近与〇,则停止增加 τ，根据步骤I所述的（l〇g(l+ τ )，g( τ ))得到速率域边界上不同的 点，即求出速率域。 进一步地，步骤II所述凸优化工具为CVX。 进一步地，步骤II所述由非凸问题转化为准凸问题，具体步骤如下： (1)、将步骤I所述2g(T)等价转化为 (2)、对步骤（1)中的的式子d的约束条件采用S-procedure 技术，将无限多个不等式约束转化为一个线性矩阵不等式，得到，其中，变量μ3ι1彡〇, I为单位矩 (3)、对步骤（1)中的的式子b和式子c使用S-procedure及Schur complement 技术，得到其中，变量μ >〇, 表示矩 阵的 Moore-Penrose inverse ； (4)、根据步骤（1)、步骤⑵和步骤（3)可得 (6)、对步骤（5)中的式e和式f采用Schur complement，可得准凸问题 本专利技术的有益效果是： 本专利技术的方法在不同的信道误差下，都可以稳定提供多播服务和保密服务，并且 在完美信道信息下，两种服务的发送协方差矩阵的秩都为1，即波束赋形最优。本专利技术在保 证一种服务质量的同事，最大化另一种服务的传输速率，从而获得最差情况下即信道误差 最大情况下的可达速率域。【附图说明】 图1是本专利技术【具体实施方式】的网络模型图。 图2是不同信道误差下速率域的仿真图。 图3是本专利技术法案与其他方案性能的对比仿真图。【具体实施方式】 下面结合实施例和附图，详细说明本专利技术的技术方案。 如图1所示，该网络模型中包含一个多天线的信源节点，两个单天线的接收节点。 首先，任意指定两个接收节点，信源节点S向两个接收节点广播发送训练序列信 息，并接收来自接收节点的信息反馈。 基于当前信息反馈，确定发送节点S到两个用户的信道矢量瓦，〗=1.2以及误差ei 的界ε 1;当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种物理层服务融合中的鲁棒性传输设计方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、预处理，确定多播服务的传输协方差矩阵Q0和保密服务的传输协方差矩阵Qc，得出速率域，最优传输协方差矩阵和最优保密服务的传输协方差矩阵；S11、发送节点S向两个接收节点广播发送训练序列信息，同时，所述发送节点S接收来自所述两个接收节点的信息反馈；S12、根据S11所述信息反馈确定S11所述发送节点S到S11所述两个接收节点的信道矢量和误差ei的界εi，其中，i＝1,2；S13、确定信道误差最大的情况下安全速率对(Rc,R0)，保密信息的传输速率Rc≤mine1∈Ω1,e2∈Ω2log1+(h~1+e1)Qc(h~1+e1)H1+(h~2+e2)Qc(h~2+e2)H,]]>多播信息的传输速率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表示共轭转置；S14、采用基于QoS约束的方法求得S13所述速率对(Rc,R0)所在的速率域和最优传输协方差矩阵和最优保密服务的传输协方差矩阵；S2、发送节点传输处理，即发送节点根据S1所述和向对应的接收节点发送信息,其中，对应的是多播服务，需要同时向S11所述两个接收节点发送，对应的是保密服务，目的接收节点为S11所述两个接收节点中的一个。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孔卫庆，陈智，李玲香，梅渭东，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51