一种无线携能安全通信系统的鲁棒安全优化设计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种无线携能安全通信系统的鲁棒安全优化设计方法，在频分复用系统中，边缘计算设备通过速率受限的量化反馈链路，获得信道估计信息，其信道量化误差通常在一个椭球模型中。在范数有界信道不确定性模型下，考虑授权频段的边缘侧主用户设备PT传输保密信号到主用户接收终端PR，非法终端各自窃听该保密信号。未授权频段的次级ST‑SR链路通过频谱自适应感知，与边缘侧主用户设备共享相同的频段，ST‑SR链路通过携能通信方式实现能量和信息的同时转移。在ST‑SR链路的帮助下，提高PT‑PR链路的安全性能。本发明专利技术通过优化发射信号的协方差矩阵和次级用户接收终端的功率划分因子，提高无线携能边缘计算通信系统的安全速率。

A robust security optimization design method for wireless energy carrying secure communication system

【技术实现步骤摘要】
一种无线携能安全通信系统的鲁棒安全优化设计方法
本专利技术属于信息技术安全领域，具体是涉及一种无线携能安全通信系统的鲁棒安全优化设计方法。
技术介绍
在大规模物联网设备的背景下，新兴的无线服务和产品几乎没有新的频率资源可用。在当前通信系统的时域、频域和空域存在许多通信冗余的及未被使用的频谱资源。频谱共享的认知无线电被认为是一种很有前景的通信技术。区别于传统通信系统只传输信息到目标用户，作为一种通信技术与输电技术交叉融合的新型通信方式，无线携能通信在传播传统信息类信号到目标用户的同时，向具备能量采集能力的无线传感器设备传播能量信号，从而延长电池充电的无线传感器的使用寿命。海量设备的高质量连接、各种异构网络的无缝覆盖、低时延的用户体验及大量不断涌现的新型智能业务和服务将极大地丰富人们的生活。但是，海量数据的爆炸式增长，不仅加大了通信系统的管理难度，更会对主站存储计算系统带来巨大压力。在终端侧部署边缘计算设备，就地实现实时高效的轻量级数据处理，与终端设备相比，边缘侧能承载较复杂的存储和计算功能，因而可以为终端提供高强度安全保护。在物理本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线携能安全通信系统的鲁棒安全优化设计方法，其特征在于：包括以下步骤：/nS1.构建无线携能安全通信系统的传输模型：/n授权频段的边缘侧主用户设备PT传输保密信号到主用户接收终端PR，系统中K个其他业务订阅终端在订阅服务的同时，作为窃听节点各自窃听保密信号；未授权频段的次级ST-SR链路通过携能通信方式实现能量和信息的同时转移，而且也作为协作信道帮助主用户收发机提高其安全传输性能；假设边缘侧主用户设备PT、主用户接收终端PR、边缘侧次级用户设备ST、次级用户接收终端SR和第k，

【技术特征摘要】
1.一种无线携能安全通信系统的鲁棒安全优化设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.构建无线携能安全通信系统的传输模型：
授权频段的边缘侧主用户设备PT传输保密信号到主用户接收终端PR，系统中K个其他业务订阅终端在订阅服务的同时，作为窃听节点各自窃听保密信号；未授权频段的次级ST-SR链路通过携能通信方式实现能量和信息的同时转移，而且也作为协作信道帮助主用户收发机提高其安全传输性能；假设边缘侧主用户设备PT、主用户接收终端PR、边缘侧次级用户设备ST、次级用户接收终端SR和第k，个非法终端分别配备Np，Nr，Ns，1和Ne,k根天线；从边缘侧主用户设备PT到PR、SR、第k个非法终端之间的独立共轭复衰落信道分别表示为和从边缘侧次级用户设备ST到PR、SR和第k个窃听节点之间的独立共轭复衰落信道分别表示为和
S2.在安全传输开始之前，边缘侧主用户设备PT和边缘侧次级用户设备ST同时发射导频序列到主用户接收终端PR、次级用户接收终端SR，导频序列经过实际信道Hp，hps，Hsp，hs到达接收端PR、SR；
S3.接收终端PR、SR根据导频序列和接收信号进行信道估计，通过速率受限的量化反馈链路，将信道的估计信息反馈到边缘侧主用户设备PT和边缘侧次级用户设备ST，得到估计信道和通信节点PT和ST相互协作，均已知合法信道的估计信息；
S4.对于系统存在的K个非法终端，设非法终端是系统其他业务的订阅者，通信节点PT和ST相互协作，并已知所有非法信道的估计信息
S5.考虑到信道量化误差通常在一个椭球模型中，边缘计算设备根据系统的历史信息建模真实信道信息为：






其中，相关的范数有界信道误差分别表示为：||Ep||F≤εp，||eps||2≤εps，||Epe,k||F≤εpe,k，||Esp||F≤εsp，||es||2≤εs和||Ese,k||F≤εse,k；不等式右侧的值决定信道不确定范围的半径，高精度信道估计器将产生非常小的信道不确定半径；
S6.边缘计算设备利用已知的信道信息，设计传输的信号；边缘侧主用户设备PT发射保密信号到主用户接收终端PR，边缘侧次级用户设备ST发射公开数据信号和人工噪声到次级用户接收终端SR；其中，SR不仅完成公开数据的译码，同时作为能量采集器采集能量，为以后的通信储备能量；
S7.边缘计算设备在满足系统服务质量的基础上，确保一定能达到通信系统的安全要求，边缘计算设备采取在最小化信道不确定性的情况下，实现无线携能安全通信系统的最差安全速率最大化；
S8.边缘计算设备通过凸近似方法和迭代优化算法，求解出无线携能安全通信系统安全问题的最/次优解。


2.根据权利要求1所述的一种无线携能安全通信系统的鲁棒安全优化设计方法，其特征在于：步骤S7中所述的系统服务质量包括通信系统的发射功率、能量采集、数据传输速率和波束成形协方差矩阵的秩。


3.根据权利要求1所述的一种无线携能安全通信系统的鲁棒安全优化设计方法，其特征在于：所述步骤S6包括以下子步骤：
S601.PT节点发射的保密信号向量
xp＝qpxp
其中，承载秘密消息的信号满足其经过波束成形向量qp处理后，传播到目标节点PR；qp服从零均值复高斯分布，协方差矩阵表示为次级ST-SR链路帮助主用户提高安全通信性能，因此边缘侧主用户设备将其空闲频谱租赁给边缘侧次级用户设备，边缘侧次级用户设备可以在边缘侧主用户设备授权频段上实现自身的数据通信；
边缘侧次级用户设备ST传输的信号向量表示为：
xs＝qsxs+n
其中，次级链路传输的公开数据信号服从该信号通过波束成形向量qs处理后，传输到SR，实现次级用户传输链路的数据通信任务；波束成形方案的协方差矩阵秩为1，表示为ST同时产生人工噪声信号扰乱非法终端接收，并且作为能量载体，使能量转移到次级用户接收终端SR；
S602.主用户接收终端PR、次级用户接收终端SR和第k个非法终端的接收信号表示为：









式中，加性复高斯噪声分别服从次级用户接收终端SR由容量有限的可充电电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋欢欢，文红，张腾月，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51