一种基于交替方向乘子法的安全预编码方法技术

本发明专利技术提供了一种基于交替方向乘子法的安全预编码方法。该方法分别设计数字预编码和模拟预编码来提高系统安全性能。首先利用发射机每次只激活一个天线子阵发送信息的事实，将总体预编码矩阵进行切割，建立一致性优化问题。其次，引入新的矩阵变量和对偶变量，将上述问题由非凸向凸转变。通过交替方向乘子法更新总体预编码矩阵，计算更新前后总体预编码矩阵的欧几里得距离，直到满足终止条件。最后，由总体预编码分别得出模拟、数字预编码。本发明专利技术不同于传统的基于全数字的空间调制系统，而是通过在发射机采用部分连接的混合结构显著降低电路成本；并且通过安全预编码的设计，使得混合空间调制有很好的安全性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于交替方向乘子法的安全预编码方法
本专利技术涉及无线通信
，特别涉及一种基于交替方向乘子法的安全预编码方法。
技术介绍
随着5G通信网络的快速发展，网络设备的数量急剧增加，无线通信面临越来越大的挑战。未来无线通信系统对无线资源的需求也越来越高，包括超高容量、超低的延迟和大量的连接等。研究人员一直致力于开发新的传输技术，在各种技术中，空间调制通过激活一个发射天线来传递信息，具有更高的能效、较低的检测复杂度、兼容大规模MIMO等优点，被认为是最有发展前景的数字调制技术。为适应5G时代的到来，数据量急剧增加的情况，大规模MIMO在现代无线通信中被广泛研究。然而，由于天线数量增加，对每个天线安装一个射频链是不现实的，这将造成能耗、功耗和硬件成本大大增加。因此可以考虑采用混合模拟与数字结构的空间调制系统，通过混合波束成形或者混合预编码的设计使得系统只需要使用远少于天线数的射频链，即可达到较好的性能。除此之外，由于无线通信信道具有开放性、广播性，极易受到第三方的窃听和干扰，因此，提升混合空间调制系统的安全性能变得尤为重要。针对这一混合空本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于交替方向乘子法的安全预编码方法，其特征在于：基站采用部分连接型的混合结构，从而极大地降低了硬件成本和功耗。为了进行混合空间调制系统中的安全预编码，首先需要根据激活的天线子阵对总体预编码矩阵进行切割，同时对发送的调制比特、信道和解码矩阵进行化简，利用杰森不等式，推导近似安全速率，建立一致性优化问题；然后通过引入矩阵变量和对偶变量，将前述非凸问题转化成凸优化问题；随后通过交替方向乘子法迭代计算，获得更新后的矩阵变量和对偶变量，同时需要计算更新前后预编码矩阵的欧几里得距离，直到满足终止条件；最后根据总的预编码矩阵与数字预编码矩阵和模拟预编码矩阵的关系，分别设计数字预编码矩阵和模拟预编码矩...

【技术特征摘要】
1.一种基于交替方向乘子法的安全预编码方法，其特征在于：基站采用部分连接型的混合结构，从而极大地降低了硬件成本和功耗。为了进行混合空间调制系统中的安全预编码，首先需要根据激活的天线子阵对总体预编码矩阵进行切割，同时对发送的调制比特、信道和解码矩阵进行化简，利用杰森不等式，推导近似安全速率，建立一致性优化问题；然后通过引入矩阵变量和对偶变量，将前述非凸问题转化成凸优化问题；随后通过交替方向乘子法迭代计算，获得更新后的矩阵变量和对偶变量，同时需要计算更新前后预编码矩阵的欧几里得距离，直到满足终止条件；最后根据总的预编码矩阵与数字预编码矩阵和模拟预编码矩阵的关系，分别设计数字预编码矩阵和模拟预编码矩阵。具体过程包括：
S1.利用总体混合预编码矩阵每次只激活一个天线子阵对应的预编码的特点，将优化问题的数据进行切割，目标函数也就被分解成若干个子目标函数。首先根据激活的天线子阵对总体预编码矩阵进行切割并初始化，同时化简发送的调制比特、信道和解码矩阵。其次，利用上述切割及化简得到的变量重新写出安全速率的表达式，利用杰森不等式，建立一致性优化问题；
S2.在S1中获得的目标函数仍然是一个非凸的问题，因此引入新的矩阵变量和对偶变量，写出处理融合中心的表达式，将前述非凸的问题转变成一个凸的优化问题。同时，初始化矩阵变量、对偶变量。
S3.通过交替方向乘子法迭代计算，获得对所有可能激活的天线子阵对应的矩阵变量和对偶变量；进一步计算融合中心，并且计算更新前后的总体预编码矩阵的欧几里得距离，直到满足终止迭代的条件。...

【专利技术属性】
技术研发人员：束锋，蒋昕怡，刘笑语，刘林，滕殷，邹骏，桂林卿，李逸凡，史柏华，俞娴，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32