基于加权矩阵的mimo安全容量提高方法
基于加权矩阵的mimo安全容量提高方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及无线通信技术领域，具体设及一种基于加权矩阵的MIMO(Multiple-InputMultiple-〇u1:put，多输入多输出系统）安全容量提高方法。
【背景技术】
[000引为适应不断发展的业务要求而产生的MIM0技术收发双方都采用多个天线，充分 利用多个独立的传输信道W达到所需的数据率要求。MIM0预编码技术是指在发送端通过利 用已获取的信道状态信息对发送信号进行一定的线性或非线性变换处理，W达到抵抗信道 衰落，消除信号干扰等目的，从而提高系统性能的一种技术。预编码技术作为MIM0技术的 关键技术之一，预编码设计的好坏与性能的提升息息相关。尤其是在多用户通信系统中，用 户所受的干扰来源于自身用户天线干扰和其他用户的干扰，那么如何消除干扰，通过提高 容量，降低误码率，降低复杂度提高系统性能就成了急需考虑的问题，因此需要选择合理的 预编码方案。
[000引容量是MIM0系统的重要性能指标之一，理论研究已经证明，MIM0技术在不增加发 射功率和带宽的情况下能大幅度的增加系统容量，增加的容量可W用来增大信息的传输速 率。为消除多用户干扰，经典的算法是抓算法或改进的迫零预编码算法。该些经典算法完 全消除了多用户干扰，但是带来了收发双方天线数目的限制，用户信道矩阵不存在零空间， 导致无法求解预编码矩阵。
【发明内容】
[0004] 为了解决多用户系统中的天线数限制，本发明提出基于加权矩阵的MIM0安全容 量提高方法，通过增加和容量提高保密容量。
[0005] 本发明基于加权矩阵的MIM0安全容量提高方法，包括W下步骤，
[0006] 步骤1、在发送端增加一个加权矩阵Dk，使信道矩阵H的维数降低到可获取零空 间；
[0007] 步骤2、计算发送端每个用户的预编码矩阵Fk，得到等效信道矩阵DkHkFk，其中Hk表 示第k个用户的信道矩阵；
[000引步骤3、对每个用户的等效信道矩阵进行SVD分解和注水功率分配；
[0009] 步骤4、在接收端增加加权矩阵Wk，计算每个用户的和容量；
[0010] 步骤5、根据窃听端的加权矩阵W。和窃听容量，计算和容量与窃听容量之差，即为 保密容量。
[0011] 其中步骤1中增加加权矩阵Dk前，设置口限值t虹eshold，将小于口限值的信道置 为零。
[0012] 步骤3中注水功率分配具体为，每个用户第k个发送天线上的功率为：
[001 引
[0014] 其中7^为该用户等效信道矩阵的第k个奇异值，（^表示Pk只取正数值，m由功 率受限方程=G求得，此时每个用户的容量为
[0015]
[0016] 步骤4具体过程为：
[0017] 4-1、增加加权矩阵Wk后，每个用户的容量为
由此得最优值时 的Pk;
[001引 4-2、根据Pk和等效信道矩阵DkHkFk的SVD分解的左酉矩阵计算出Wk;
[0019] 4-3、将Wk代入保密容量公式，计算用户的保密容量。
[0020] 本发明具有W下有益效果：
[0021] 1、通过对加入加权矩阵Wk后的等效信道矩阵进行SVD分解，对其进行注水算法时 求和容量最优的Wk，提高了和容量。
[0022] 2、保持预编码矩阵不变，从而窃听容量保持不变，因此通过增大和容量进而可W 提高保密容量。
[0023] 3、只需要在接收端多添加一个矩阵Wk，易于实现。
【附图说明】
[0024] 图1为含有窃听用户的多用户MIMO系统场景图；
[0025] 图2为利用人工噪声干扰窃听用户的多用户MIMO系统模型示意图；
[0026] 图3为本发明接收端需要增加的矩阵装置示意图（假设加权矩阵为3*3的矩阵）；
[0027] 图4为本发明与现有方法获取保密容量的对比曲线图。
【具体实施方式】
[002引为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用W解释本发明， 并不用于限定本发明。
[0029] 在图2的系统模型中，假设发送端拥有Nt根发射天线，接收端有K个合法用户和1 个窃听用户，各个用户的接收端天线均为Nf根。第k个合法用户和窃听用户接收到的信号 分别为：
[003引其中Hk表示第k个合法用户的信道矩阵，H。表示窃听用户的信道矩阵，Xk表示第 k个合法用户发送的信号，yk表示第k个合法用户接收到的信号，y。表示窃听用户接收到的 信号，Fk表示发送有用信号的预编码矩阵，F。分别表示发送人工干扰信号的预编码矩阵，Z 表示人工噪声，Hk和n。是用户受到的噪声影响。那么，第k个合法用户接收端处理后的信 号和窃听用户接收端处理后的信号为：
[0033] A= (3)
[0034]欠= (4)
[003引 Wk和W。为接收端的加权向量，设rik=n。。假定窃听端已知系统的精确的信道状态 信息，发送端不知道非法用户的信道矩阵，但已知所有合法用户的信道矩阵。
[0036]a.消除收发端天线数限制的加权矩阵Dk设计
[0037] 为了解决当发送天线数目小于接收天线数目的情况下无法获取零空间的情况，通 过设置每个用户的口限值t虹eshold，口限值的取值可W根据用户需要接收的数据流的个 数设定。在信道矩阵H中第j个天线的口限系数值定义为：
[00%] (5)
[0039] 若threshold则将该天线的行置为零。
[0040]
(6)
[0041] 其中，Dk矩阵每行均只含一个1，且各行的1均不在同一列，相当于单位阵补上n列 0元素形成的矩阵的列变换。例如，在多用户系统中，若第k个用户接收天线为6,发送天线 为4,假设该用户的第5个接收天线和第6个接收天线不符合口限要求，那么该用户对应的 Dk矩阵为：
[0042] (7)
[0043] b.多用户预编码的设计
[0044]引入Dk矩阵后，信道矩阵等效为DkHk，此时，发送端发送天线数目大于用于信号的 接收天线数目，为了消除多用户干扰可采用BD算法，求得第k个用户预编码矩阵为Fk。定 义第k个用户的信道补矩阵为：
[0045]
[0046] 根据抓算法，求得第k个用户的预编码矩阵Fk为：
[0047]
(9)
[0048] 为了求得窃听用户的预编码矩阵F,，F。应满足= 即：
[00 例
(10)
[0化日]对奋进行SVD分解：
[0051]
(11)
[0化2] 可得人工干扰的预编码矩阵F。为：
[0053]
(12)
[ 0054] 对于窃听用户的信道矩阵He,由于HeFe声0,He。声0,而H声e= 0,该样人工噪声 的预编码矩阵F。能使得非法用户所受到的干扰最大，而对合法用户没有任何影响。此时该 用户接收端信号相当于：
[005引 yk=DkHkFkXk+rik(1如
[0化6]C.利用注水算法分配用户每个天线的功率
[0057] 为了使用户系统容量最大，在每个用户总功率确定的情况下，可对每个用户的天 线采用注水算法分配功率。每个用户第k个发送天线上的功率为：
[0058]
(14)
[0化9] ^为该用户等效信道矩阵的第k个奇异值，0+表示Pk只取正数值，如果Pk计 算为负数，则将Pk设为零。1可由功率受限方程
求得。此时每个用户系统的系统 容量可表示为：
[0060]
(15)
[0061] d.接收端矩阵Wk和We的求解
[0062] Dk等效于第k个用户接收端的加权矩阵。对Dk&Fk进行SVD分解；
[0063] DkHkFk=UkAJk(16)
[0064] 对每个用户做注水分配时的容量为：
[00 化] (17)
[0066] 其中，为Ak对角线的第i个元素。口巧该用户在未引入加权向量时用注水算 法求得的第k个天线上的功率。加权矩阵Dk并非是使得注水算法最优的加权矩阵。设Wk为要求的加权矩阵，则；
[0067] (18)
[0068] 可见Wk对多用户干扰并无影响。对W进行SVD分解得：
[0072] 为￥,的第k个奇异值，也可看做的第k个特征值的非负平方根，为待 求的变量。[007引 因此，在加入加权向量Wk后，Ck可进一步表示为：
[0074] (21)
[0075] 假设每个天线上受到噪声的功率相同，为了在引入Wk后为了不会使噪声增大，约 束条件为：
[0081] m为常数，m的值为第k个用户中满足口限值的接收天线个数，因此：
[0082]
(巧）
[0083] 约束条件可简化为：
[0084] Pi+P2+wPm=m(26)
[0085] 根据Ck的表达式得到目标表达式为：
[0086]
(27)
[0087] Pk为该用户在未引入加权向量Wk时用注水算法求得的第k个天线上的功率，通过 式（21)得到。从而可求得容量f在约束条件下取得最大值时的P1，P2,...，Pm，因此所 求的加权向量Wk为：
[008引 (28)
[0089] Uk由DkHkFk进行SVD分解求得。技乃取任意m维的酉矩阵。如果窃听端对第j个 用户的信号感兴趣，那么对于窃听端：
[0090]
(29)
[0091] 在不含其他人工噪声干扰的情况下，MIMO窃听系统的第k个用户的安全容量可表 示为：
[00 巧
（30)
[0093] 其中，I表示单位矩阵，上式中的前后两项分别表示合法信道和非法信道的容量。
[0094] 此时，巧和巧分别是合法用户k与窃听用户的等效信道矩阵。对于窃听用户来 说最佳的接收方式为信干噪比原则，仅仅与发送预编码和信道矩阵H有关，因此该方法和 原有的未包含接收端加权矩阵的方法相比有相同的非法信道的容量，而合法信道的容量却 有提高，因此该方法可W起到提高保密容量的效果。
[0095]e.工程中接收端加权矩阵的设计
[0096] W每k个用户加权矩阵Wk为3*3维的矩阵为例，该用户接收端A/D变换后的信号 为y，加权矩阵处理后的信号为少（对应图3中的输出信号yy)，此时：
[0097]
(31)
[009引图3是接收端用该矩阵处理的结构图。
[0099] 仿真环境为；发送端总共拥有12根发射天线，合法用户和窃听用户的数目分别是 2和1，所有用户的接收端天线均为6根。假定每个用户的有=根接收天线不符合口限要求。 发送端不知道窃听端的信道状态矩阵，但已知所有合法用户的信道状态矩阵。窃听用户已 知所有的信道状态信息，窃听用户端用最大信干噪比原则接收信号。假定每个合法用户和 人工噪声的功率相同。用提出的方法，得加权矩阵Wk为3*3的矩阵，它的结构如图3所示， 仿真结果如图4所示，可W看出，保密容量得到了提高。
[0100] 本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括 由W上技术特征任意组合所组成的技术方案。
【主权项】
1. 基于加权矩阵的ΜΙΜΟ安全容量提高方法，其特征在于，包括以下步骤， 步骤1、在发送端增加一个加权矩阵Dk，使信道矩阵H的维数降低到可获取零空间； 步骤2、计算发送端每个用户的预编码矩阵Fk，得到等效信道矩阵DkHkF k,其中Hk表示第 k个用户的信道矩阵； 步骤3、对每个用户的等效信道矩阵进行SVD分解和注水功率分配； 步骤4、在接收端增加加权矩阵Wk，计算每个用户的和容量； 步骤5、根据窃听端的加权矩阵We和窃听容量，计算和容量与窃听容量之差，即为保密 容量。2. 按照权利要求1所述的MMO安全容量提高方法，其特征在于，步骤1中增加加权矩 阵Dk前，设置门限值threshold，将小于门限值的信道置为零。3. 按照权利要求1所述的MIMO安全容量提高方法，其特征在于，步骤3中注水功率分 配具体为，每个用户第k个发送天线上的功率为：其中#为该用户等效信道矩阵的第k个奇异值，（)+表示pk只取正数值，1由功率受 限方程求得，此时每个用户的容量为4. 按照权利要求1所述的MMO安全容量提高方法，其特征在于，步骤4具体过程为： 4-1、增加加权矩阵Wk后，每个用户的容量为由此得最优值时的 Pk； 4-2、根据P k和等效信道矩阵D kHkFk的SVD分解的左酉矩阵计算出Wk; 4-3、将Wk代入保密容量公式，计算用户的保密容量。
【专利摘要】本发明公开了一种基于加权矩阵的MIMO安全容量提高方法，包括：(1)、在发送端增加一个加权矩阵Dk，使系统矩阵维数降低到可获取零空间；(2)、计算发送端每个用户的预编码矩阵Fk，得到等效信道矩阵DkHkFk，其中Hk表示第k个用户的信道矩阵；(3)、对每个用户的等效信道矩阵进行SVD分解和注水功率分配；(4)、在接收端增加加权矩阵Wk，计算每个用户的和容量；(5)、计算窃听端的加权矩阵We和窃听容量，求和容量和窃听容量之差，即为保密容量。只需要在接收端多添加一个矩阵，易于实现，用户系统的安全容量却有了很大提高。
【IPC分类】H04B7/04
【公开号】CN104901730
【申请号】CN201510156201
【发明人】李孔泽, 解培中, 李汀
【申请人】南京邮电大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月2日
【技术领域】
[0001] 本发明设及无线通信技术领域，具体设及一种基于加权矩阵的MIMO(Multiple-InputMultiple-〇u1:put，多输入多输出系统）安全容量提高方法。
【背景技术】
[000引为适应不断发展的业务要求而产生的MIM0技术收发双方都采用多个天线，充分 利用多个独立的传输信道W达到所需的数据率要求。MIM0预编码技术是指在发送端通过利 用已获取的信道状态信息对发送信号进行一定的线性或非线性变换处理，W达到抵抗信道 衰落，消除信号干扰等目的，从而提高系统性能的一种技术。预编码技术作为MIM0技术的 关键技术之一，预编码设计的好坏与性能的提升息息相关。尤其是在多用户通信系统中，用 户所受的干扰来源于自身用户天线干扰和其他用户的干扰，那么如何消除干扰，通过提高 容量，降低误码率，降低复杂度提高系统性能就成了急需考虑的问题，因此需要选择合理的 预编码方案。
[000引容量是MIM0系统的重要性能指标之一，理论研究已经证明，MIM0技术在不增加发 射功率和带宽的情况下能大幅度的增加系统容量，增加的容量可W用来增大信息的传输速 率。为消除多用户干扰，经典的算法是抓算法或改进的迫零预编码算法。该些经典算法完 全消除了多用户干扰，但是带来了收发双方天线数目的限制，用户信道矩阵不存在零空间， 导致无法求解预编码矩阵。
【发明内容】
[0004] 为了解决多用户系统中的天线数限制，本发明提出基于加权矩阵的MIM0安全容 量提高方法，通过增加和容量提高保密容量。
[0005] 本发明基于加权矩阵的MIM0安全容量提高方法，包括W下步骤，
[0006] 步骤1、在发送端增加一个加权矩阵Dk，使信道矩阵H的维数降低到可获取零空 间；
[0007] 步骤2、计算发送端每个用户的预编码矩阵Fk，得到等效信道矩阵DkHkFk，其中Hk表 示第k个用户的信道矩阵；
[000引步骤3、对每个用户的等效信道矩阵进行SVD分解和注水功率分配；
[0009] 步骤4、在接收端增加加权矩阵Wk，计算每个用户的和容量；
[0010] 步骤5、根据窃听端的加权矩阵W。和窃听容量，计算和容量与窃听容量之差，即为 保密容量。
[0011] 其中步骤1中增加加权矩阵Dk前，设置口限值t虹eshold，将小于口限值的信道置 为零。
[0012] 步骤3中注水功率分配具体为，每个用户第k个发送天线上的功率为：
[001 引
[0014] 其中7^为该用户等效信道矩阵的第k个奇异值，（^表示Pk只取正数值，m由功 率受限方程=G求得，此时每个用户的容量为
[0015]
[0016] 步骤4具体过程为：
[0017] 4-1、增加加权矩阵Wk后，每个用户的容量为
由此得最优值时 的Pk;
[001引 4-2、根据Pk和等效信道矩阵DkHkFk的SVD分解的左酉矩阵计算出Wk;
[0019] 4-3、将Wk代入保密容量公式，计算用户的保密容量。
[0020] 本发明具有W下有益效果：
[0021] 1、通过对加入加权矩阵Wk后的等效信道矩阵进行SVD分解，对其进行注水算法时 求和容量最优的Wk，提高了和容量。
[0022] 2、保持预编码矩阵不变，从而窃听容量保持不变，因此通过增大和容量进而可W 提高保密容量。
[0023] 3、只需要在接收端多添加一个矩阵Wk，易于实现。
【附图说明】
[0024] 图1为含有窃听用户的多用户MIMO系统场景图；
[0025] 图2为利用人工噪声干扰窃听用户的多用户MIMO系统模型示意图；
[0026] 图3为本发明接收端需要增加的矩阵装置示意图（假设加权矩阵为3*3的矩阵）；
[0027] 图4为本发明与现有方法获取保密容量的对比曲线图。
【具体实施方式】
[002引为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用W解释本发明， 并不用于限定本发明。
[0029] 在图2的系统模型中，假设发送端拥有Nt根发射天线，接收端有K个合法用户和1 个窃听用户，各个用户的接收端天线均为Nf根。第k个合法用户和窃听用户接收到的信号 分别为：
[003引其中Hk表示第k个合法用户的信道矩阵，H。表示窃听用户的信道矩阵，Xk表示第 k个合法用户发送的信号，yk表示第k个合法用户接收到的信号，y。表示窃听用户接收到的 信号，Fk表示发送有用信号的预编码矩阵，F。分别表示发送人工干扰信号的预编码矩阵，Z 表示人工噪声，Hk和n。是用户受到的噪声影响。那么，第k个合法用户接收端处理后的信 号和窃听用户接收端处理后的信号为：
[0033] A= (3)
[0034]欠= (4)
[003引 Wk和W。为接收端的加权向量，设rik=n。。假定窃听端已知系统的精确的信道状态 信息，发送端不知道非法用户的信道矩阵，但已知所有合法用户的信道矩阵。
[0036]a.消除收发端天线数限制的加权矩阵Dk设计
[0037] 为了解决当发送天线数目小于接收天线数目的情况下无法获取零空间的情况，通 过设置每个用户的口限值t虹eshold，口限值的取值可W根据用户需要接收的数据流的个 数设定。在信道矩阵H中第j个天线的口限系数值定义为：
[00%] (5)
[0039] 若threshold则将该天线的行置为零。
[0040]
(6)
[0041] 其中，Dk矩阵每行均只含一个1，且各行的1均不在同一列，相当于单位阵补上n列 0元素形成的矩阵的列变换。例如，在多用户系统中，若第k个用户接收天线为6,发送天线 为4,假设该用户的第5个接收天线和第6个接收天线不符合口限要求，那么该用户对应的 Dk矩阵为：
[0042] (7)
[0043] b.多用户预编码的设计
[0044]引入Dk矩阵后，信道矩阵等效为DkHk，此时，发送端发送天线数目大于用于信号的 接收天线数目，为了消除多用户干扰可采用BD算法，求得第k个用户预编码矩阵为Fk。定 义第k个用户的信道补矩阵为：
[0045]
[0046] 根据抓算法，求得第k个用户的预编码矩阵Fk为：
[0047]
(9)
[0048] 为了求得窃听用户的预编码矩阵F,，F。应满足= 即：
[00 例
(10)
[0化日]对奋进行SVD分解：
[0051]
(11)
[0化2] 可得人工干扰的预编码矩阵F。为：
[0053]
(12)
[ 0054] 对于窃听用户的信道矩阵He,由于HeFe声0,He。声0,而H声e= 0,该样人工噪声 的预编码矩阵F。能使得非法用户所受到的干扰最大，而对合法用户没有任何影响。此时该 用户接收端信号相当于：
[005引 yk=DkHkFkXk+rik(1如
[0化6]C.利用注水算法分配用户每个天线的功率
[0057] 为了使用户系统容量最大，在每个用户总功率确定的情况下，可对每个用户的天 线采用注水算法分配功率。每个用户第k个发送天线上的功率为：
[0058]
(14)
[0化9] ^为该用户等效信道矩阵的第k个奇异值，0+表示Pk只取正数值，如果Pk计 算为负数，则将Pk设为零。1可由功率受限方程
求得。此时每个用户系统的系统 容量可表示为：
[0060]
(15)
[0061] d.接收端矩阵Wk和We的求解
[0062] Dk等效于第k个用户接收端的加权矩阵。对Dk&Fk进行SVD分解；
[0063] DkHkFk=UkAJk(16)
[0064] 对每个用户做注水分配时的容量为：
[00 化] (17)
[0066] 其中，为Ak对角线的第i个元素。口巧该用户在未引入加权向量时用注水算 法求得的第k个天线上的功率。加权矩阵Dk并非是使得注水算法最优的加权矩阵。设Wk为要求的加权矩阵，则；
[0067] (18)
[0068] 可见Wk对多用户干扰并无影响。对W进行SVD分解得：
[0072] 为￥,的第k个奇异值，也可看做的第k个特征值的非负平方根，为待 求的变量。[007引 因此，在加入加权向量Wk后，Ck可进一步表示为：
[0074] (21)
[0075] 假设每个天线上受到噪声的功率相同，为了在引入Wk后为了不会使噪声增大，约 束条件为：
[0081] m为常数，m的值为第k个用户中满足口限值的接收天线个数，因此：
[0082]
(巧）
[0083] 约束条件可简化为：
[0084] Pi+P2+wPm=m(26)
[0085] 根据Ck的表达式得到目标表达式为：
[0086]
(27)
[0087] Pk为该用户在未引入加权向量Wk时用注水算法求得的第k个天线上的功率，通过 式（21)得到。从而可求得容量f在约束条件下取得最大值时的P1，P2,...，Pm，因此所 求的加权向量Wk为：
[008引 (28)
[0089] Uk由DkHkFk进行SVD分解求得。技乃取任意m维的酉矩阵。如果窃听端对第j个 用户的信号感兴趣，那么对于窃听端：
[0090]
(29)
[0091] 在不含其他人工噪声干扰的情况下，MIMO窃听系统的第k个用户的安全容量可表 示为：
[00 巧
（30)
[0093] 其中，I表示单位矩阵，上式中的前后两项分别表示合法信道和非法信道的容量。
[0094] 此时，巧和巧分别是合法用户k与窃听用户的等效信道矩阵。对于窃听用户来 说最佳的接收方式为信干噪比原则，仅仅与发送预编码和信道矩阵H有关，因此该方法和 原有的未包含接收端加权矩阵的方法相比有相同的非法信道的容量，而合法信道的容量却 有提高，因此该方法可W起到提高保密容量的效果。
[0095]e.工程中接收端加权矩阵的设计
[0096] W每k个用户加权矩阵Wk为3*3维的矩阵为例，该用户接收端A/D变换后的信号 为y，加权矩阵处理后的信号为少（对应图3中的输出信号yy)，此时：
[0097]
(31)
[009引图3是接收端用该矩阵处理的结构图。
[0099] 仿真环境为；发送端总共拥有12根发射天线，合法用户和窃听用户的数目分别是 2和1，所有用户的接收端天线均为6根。假定每个用户的有=根接收天线不符合口限要求。 发送端不知道窃听端的信道状态矩阵，但已知所有合法用户的信道状态矩阵。窃听用户已 知所有的信道状态信息，窃听用户端用最大信干噪比原则接收信号。假定每个合法用户和 人工噪声的功率相同。用提出的方法，得加权矩阵Wk为3*3的矩阵，它的结构如图3所示， 仿真结果如图4所示，可W看出，保密容量得到了提高。
[0100] 本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括 由W上技术特征任意组合所组成的技术方案。
【主权项】
1. 基于加权矩阵的ΜΙΜΟ安全容量提高方法，其特征在于，包括以下步骤， 步骤1、在发送端增加一个加权矩阵Dk，使信道矩阵H的维数降低到可获取零空间； 步骤2、计算发送端每个用户的预编码矩阵Fk，得到等效信道矩阵DkHkF k,其中Hk表示第 k个用户的信道矩阵； 步骤3、对每个用户的等效信道矩阵进行SVD分解和注水功率分配； 步骤4、在接收端增加加权矩阵Wk，计算每个用户的和容量； 步骤5、根据窃听端的加权矩阵We和窃听容量，计算和容量与窃听容量之差，即为保密 容量。2. 按照权利要求1所述的MMO安全容量提高方法，其特征在于，步骤1中增加加权矩 阵Dk前，设置门限值threshold，将小于门限值的信道置为零。3. 按照权利要求1所述的MIMO安全容量提高方法，其特征在于，步骤3中注水功率分 配具体为，每个用户第k个发送天线上的功率为：其中#为该用户等效信道矩阵的第k个奇异值，（)+表示pk只取正数值，1由功率受 限方程求得，此时每个用户的容量为4. 按照权利要求1所述的MMO安全容量提高方法，其特征在于，步骤4具体过程为： 4-1、增加加权矩阵Wk后，每个用户的容量为由此得最优值时的 Pk； 4-2、根据P k和等效信道矩阵D kHkFk的SVD分解的左酉矩阵计算出Wk; 4-3、将Wk代入保密容量公式，计算用户的保密容量。
【专利摘要】本发明公开了一种基于加权矩阵的MIMO安全容量提高方法，包括：(1)、在发送端增加一个加权矩阵Dk，使系统矩阵维数降低到可获取零空间；(2)、计算发送端每个用户的预编码矩阵Fk，得到等效信道矩阵DkHkFk，其中Hk表示第k个用户的信道矩阵；(3)、对每个用户的等效信道矩阵进行SVD分解和注水功率分配；(4)、在接收端增加加权矩阵Wk，计算每个用户的和容量；(5)、计算窃听端的加权矩阵We和窃听容量，求和容量和窃听容量之差，即为保密容量。只需要在接收端多添加一个矩阵，易于实现，用户系统的安全容量却有了很大提高。
【IPC分类】H04B7/04
【公开号】CN104901730
【申请号】CN201510156201
【发明人】李孔泽, 解培中, 李汀
【申请人】南京邮电大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月2日
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