1.一种多中继认知无线电网络中物理层安全优化方法,其中所述无线电网络为一个多勾结窃听用户认知网络,所述认知无线电多中继网络模型,它由一个次用户发送端SU-Tx、Nr个中继节点R、一个次用户接收端SU-Rx、一个多天线的主用户PU和Ne,k个窃听用户E组成,次用户发送端SU-Tx通过中继节点传输信息给次用户接收端SU-Rx,假定所有节点噪声服从均值为0,方差为σ2的复高斯白噪声,其特征在于,采用半定规划算法优化中继安全传输,具体包括以下步骤:
101、根据实际环境情况构建多中继认知无线电网络模型,将具有相互勾结窃听的模型等价为多天线窃听模型;
102、根据步骤101的多天线窃听模型模型,结合KKT条件设计出保密速率最大化问题最优保密速率;RD表示合法接收端信息速率;W表示中继波束加权矩阵;Σ表示人工噪声协方差矩阵;Re,k(W,Σ)表示窃听端收到的信息速率;PR表示中继总发射功率;P表示中继的总功率限制;Pit表示主用户的干扰温度;Γ表示干扰温度限制;
103、对步骤102用半定规划化算法求解得到多中继天线与噪声的协方差矩阵,通过联合优化设计多天线中继与噪声的协方差矩阵提高系统保密速率,完成物理层安全优化。
2.根据权利要求1所述的一种多中继认知无线电网络中物理层安全优化方法,其特征在于,步骤101将多中继认知无线电网络模型等价为多天线窃听模型具体为;
A1、采用放大转发的方式,在第一阶段SU-Tx广播它的信息到信任中继,则N个中继位置接收到的信息为
x为次用户发送端的发送信号,yR表示中继的接收信号,是N×1的向量;PS表示次用户发送端的发送功率;nR表示中继节点处的复加性高斯白噪声矢量,服从均值为0,方差为σ2IN,σ表示背景噪声;IN单位矩阵;
A2、N个信任的中继之一放大转发来自SU-Tx的信息给SU-Rx,并加入人工噪声,则发送信号为
其中, wN表示第N根发送天线的权值; 表示对角化后
的发送权值;na=U⊥z表示在中继节点中加入的人工噪声矢量,U⊥是映射在主信道 的零空间的投影矩阵,表示等价符号,即cTna=0,z是(N-1)维列向量,其元素服从均值为0、方差为σz2的高斯分布;
A3、在限定中继发送的总功率和主用户的干扰温度Pit不超过给定值的条件下,通过联合优化中继波束加权矩阵W和人工噪声协方差矩阵Σ使得系统保密速率最大化:RS=max{0,RD(W,Σ)-Re,k(W,Σ)}。
3.根据权利要求1所述的一种多中继认知无线电网络中物理层安全优化方法,其特征在于,步骤103采用Matlab中的内点算法工具箱CVX求解。
4.根据权利要求1所述的一种多中继认知无线电网络中物理层安全优化方法,其特征在于,所述步骤102的保密速率最大化问题通过引入一个松弛变量β以简化保密速率最大化问题的目标函数。