【技术实现步骤摘要】
一种基于多目标优化的鲁棒安全波束成形方法
本专利技术涉及一种基于多目标优化的鲁棒安全波束成形方法，属于通信
技术介绍
卫星通信具有传输距离远、覆盖范围广、不受地域条件限制以及可实现高速率数据传输等优点，已广泛应用于广播、导航、国防、救援和救灾等众多领域中。然而，当卫星与地面用户之间存在障碍物时，会引起遮蔽效应。在卫星仰角较低或用户在室内时，遮蔽效应尤为严重。为了解决这个问题，有人提出了星地融合认知网络通信系统。在这个系统中，地面终端通过地面中继接收卫星信号。然而，卫星通信固有的广播性质使得信号在通信过程中极易被非法用户窃听，导致星地融合认知网络的物理层安全性能得不到保证。同时，星地融合认知网络可达安全速率最大化与基站发射功率最小化之间得不到折中。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术的缺陷，提供一种能够有效提高星地融合认知网络系统中多个目标之间的物理层安全传输性能，并且实现星地融合认知网络中可达安全速率最大化与基站发射功率最小化问题之间的折中的基于多目标优化的鲁棒安全波束成形...
【技术保护点】
1.一种基于多目标优化的鲁棒安全波束成形方法，其特征在于：包括以下步骤：/n步骤a，建立星地融合认知网络，包括通信卫星和地面主用户构成的主网络，以及一个基站，一个次级用户和K个窃听者构成的次级网络，主网络和次级网络实现频谱共享；/n步骤b，设定星地融合认知网络中次级用户信干噪比门限Γ
【技术特征摘要】
1.一种基于多目标优化的鲁棒安全波束成形方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤a，建立星地融合认知网络，包括通信卫星和地面主用户构成的主网络，以及一个基站，一个次级用户和K个窃听者构成的次级网络，主网络和次级网络实现频谱共享；
步骤b，设定星地融合认知网络中次级用户信干噪比门限Γs，窃听用户信干噪比限制Γe，基站最大发射功率Pmax以及基站对主用户的最大干扰功率
步骤c，以次级用户信干噪比不小于门限，窃听用户信干噪比低于限制，基站最大发射功率以及基站对主用户的干扰功率受限为约束条件，分别建立次级用户可达安全速率最大化和基站发射功率最小化两个优化问题；
步骤d，采用加权切比雪夫的方法，同时考虑次级用户可达安全速率最大化和基站发射功率最小化，建立一个多目标优化问题；
步骤e，利用连续凸估计和泰勒级数展开的方法将原始的非凸问题转化为凸优化问题，采用内点法求解基站的发射波束成形权矢量以及施加的人工噪声矢量。
2.根据权利要求1所述的一种基于多目标优化的鲁棒安全波束成形方法，其特征在于：步骤a中，次级网络的基站采用人工噪声技术提升系统的安全性能，此时基站的发射信号为：
x＝ws1+v(1)
其中s1为基站发送给次级用户的私密信号；为基站发射波束成形权矢量；为人工噪声矢量，其中表示复数域的N维列矢量；
假设人工噪声矢量v服从零均值的复高斯分布，且与权矢量w相互独立，则基站发射功率为：
PB＝wHw+vHv(2)
考虑到主网络和次级网络频谱共享，则次级用户接收到的信号为：
其中hs为基站到次级用户的信道矢量；P2为卫星发射功率；s2为卫星发送给主用户的信号；gs为卫星到次级用户的信道系数；ns为次级用户均值为0，方差为的加性高斯白噪声；
同时，K个地面窃听者窃听基站的发送信号，则第i个窃听者所接收的信号为：
其中表示基站到第i个窃听者的信道矢量；为卫星到第i个窃听者的信道系数；为第i个窃听者均值为0，方差为的加性高斯白噪声；则次级用户和第i个窃听者的输出信干噪比为：
主用户受到基站的干扰，则主用户接收到的信号为：
其中gp为卫星到主用户的信道系数；hp为基站到主用户的信道矢量；np为主用户均值为0，方差为的加性高斯白噪声，则主用户接收到来自基站的干扰功率为：
Ip＝wHHpw+vHHpv(8)
其中为基站到主用户的信道协方差矩阵。
3.根据权利要求2所述的一种基于多目标优化的鲁棒安全波束成形方法，其特征在于：步骤c中，次级用户的可达安全速率Cs为：
其中[x]+表示取正数；Hs和分别为基站到次级用户和基站到第i个窃听者的信道协方差矩阵。
4.根据权利要求3所述的一种基于多目标优化的鲁棒安全波束成形方法，其特征在于：步骤c中，基站的下行链路采用基于用户角度不确定的信道模型，即
其中L为基站至用户的非直达径数目；ρ0和ρl分别表示直...
【专利技术属性】
技术研发人员：林敏，淡振雷，孔槐聪，袁祖霞，朱圣祥，欧阳键，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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