1.一种中继协作网络下多用户MIMO通信保密方法，中继协作网络包含K个发送端T，一个中继端R，K个接收端r，一个窃听端E，发送端配备M根天线，中继端配备S根天线，接收端配备N根天线，窃听端配备L根天线，所有节点的天线数都不少于一根，中继端R采用全双工放大转发方式，发送端T发送的数据流d和中继端R发送的人工噪声数据流dan均小于发送端天线M、接收端天线N中的较小值，发送端T和中继端R对于窃听端E的信息是知晓的，以此来判断窃听信道是否存在零空间，从而决定是否要发送人工噪声来干扰其窃听速率，保证安全通信，其特征在于，中继协作网络下多用户MIMO通信保密方法包含下列步骤：步骤一：初始化存在窃听用户的两跳MIMO中继网络，各节点的天线数不少于1；

步骤二：根据窃听端与发送端和中继端天线数量的比较，采用不同的保密通信方法；

1)当L

窃听端E收到的信号为:

[i] 2

式中Pi表示发送端Ti发送的功率，E[||x (1)|| ]＝Pi， 为发送端Ti到中继端R的S×M维复数域信道系数， 为发送端Ti到接收端r的N×M维复数域信道系数， 表示服从复高斯分布， 为发送端[i]

Ti到窃听端E的L×M维复数域信道系数，x (1)表示发送端Ti在第一时隙发送的目标信号，n[R] [r] [E],n ,n 分别为中继端R、接收端r，窃听端E的噪声矢量，符合均值为0，方差为 独立同分布的复高斯随机变量；

2)当L≥M,L≥S时，发送端T到窃听端E无零空间，中继端R需发送人工噪声来干扰窃听端E窃听，第一时隙，发送端T发送信号，中继端R采用Si根天线接收有用信号，Sj根天线接收自干扰信号，SR根天线发送人工噪声，中继端R接收信号为：

[R]

式中 为中继端R到中继端R的S×S维复数域信道系数，z (1)表示中继端R以功率PR在第一时隙发送的包含dan数据流的目标信号，接收端的信号为：

式中 为中继端R到接收端r的N×S维复数域信道系数；

窃听端接收信号为：

式中 为中继端R到窃听端E的L×S维复数域信道系数；

步骤三：1)当L

[i]

式中x (2)表示发送端Ti在第二时隙发送的目标信号， 为中继[R]

端R到接收端r的N×S维复数域信道系数，PR为中继端R的发送功率，x (2)＝βyR(1)为中继端R转发的信号，β为放大转发因子，窃听端E接收的信号为:

式中 为中继端R到窃听端E的L×S维复数域信道系数；

2)当L≥M,L≥S时，第二时隙，发送端T再次发送信号，中继端R采用d根天线发送保密数据流，剩余S‑d根天线用于发人工噪声，此时的中继端R不接收信号，接收端r接收信号为:

式中ρ∈(0,1)是功率分配因子，窃听端E接收信号为:

步骤四：1)当L

示第k个发送端T到第k个接收端r的N×M维复数域信道矩阵， 表示第k个发送端T到中继端R的S×M维复数域信道矩阵， 表示中继端R到第k个接收端r的N×S维复数域信道矩阵，并且各个信道之间满足独立同分布(i.i.d)，接收端r收到的其他用户的干扰，可以基于最小干扰泄露准则的分布式干扰对齐算法来实现，具体实施方法如下：Step1‑1:初始化预编码矩阵 使满足Step1‑2:开始迭代；

Step1‑3:计算下行链路第k个用户的干扰协方差矩阵[k] [k]

式中Q (1),Q (2)二者都可以通过以下式子求得：式中di表示下行链路第i个用户发送的数据流数目；

Step1‑4:计算下行链路第k个用户的干扰抑制矩阵[k] [k]

式中U (1),U (2)二者都可以通过以下式子求得，即[k] [k]

上式 表示求Q 的d 个最小特征值对应的特征向量组成的矩阵；

Step1‑5:逆转通信方向，令 计算上行链路第k个用户的预编码矩阵Step1‑6:计算上行链路第k个用户的干扰协方差矩阵式中 二者都可以通过以下式子求得：式中 表示上行链路的发送端预编码矩阵， 表示上行链路的信道矩阵， 表示上行链路第j个用户的发送功率，dj表示上行链路第j个用户发送的数据流数目；

Step1‑7:计算上行链路第k个用户的干扰抑制矩阵式中 二者都可以通过以下式子求得，即[k]

上式 表示求 的d 个最小特征值对应的特征向量组成的矩阵；

Step1‑8:逆转通信方向，令[k]

Step1‑9:继续迭代，更新U ，计算干扰泄露值直至其小于给定的门限值，即收敛，结束迭代；

[k] [k]

Step1‑10:输出V ,U ；

Step1‑11:否则返回Step1‑3，[k] [k]

将输出的V ,U 代入：

[k]

式中，IL 表示下行链路第k个用户收到的其他用户干扰泄露值；此时，得到最小化干扰泄露的目标函数为：此时，接收端r接收信号的矩阵形式为：[k] [k]

式中X 表示第k个用户发送的包含d 个数据流的信号向量， 表示第k个用户接收的加性高斯白噪声向量，第k个用户的传输速率为：

式中Id表示d×d维单位矩阵，Pk表示第k个用户的发送功率；

窃听端的窃听速率为：

系统安全速率为：

式中 表示取x与0中较大值，定义信道矩阵[E]

其中 表示窃听端干扰抑制矩阵U 的共轭转置[Ek]

矩阵，满足 G 表示第k个用户到窃听端E的信道矩阵；

2)当L≥M,L≥S时，中继端R的自干扰问题，通过天线干扰消除或射频干扰消除或数字干扰消除的方法来消除，满足如下条件时，接收端可以消除其他用户和人工噪声的干扰：式中 表示中继端R发送人工噪声的S×dan维复数域预编码矩阵，且满足为单位矩阵；等效信道： 接收端r收到的其他用户和人工噪声的干扰，可以通过基于最小干扰泄露准则的分布式干扰对齐算法来实现，具体实施方法如下：Step2‑1:初始化预编码矩阵 使满足使满足

Step2‑2:开始迭代；

Step2‑3:计算下行链路第k个用户的干扰协方差矩阵[k] [k]

式中Q (1),Q (2)二者都可以通过以下式子求得：式中Pan为中继端R发送人工噪声的功率，且满足Pan＝(1‑ρ)PR；

Step2‑4:计算下行链路第k个用户的干扰抑制矩阵[k] [k]

式中U (1),U (2)二者都可以通过以下式子求得，即[k] [k]

上式 表示求Q 的d 个最小特征值对应的特征向量组成的矩阵；

Step2‑5:逆转通信方向，令 计算上行链路第k个用户的预编码矩阵Step2‑6:计算上行链路第k个用户的干扰协方差矩阵式中 二者都可以通过式(25)求得， 二者都可以通过式(26)求得：

Step2‑7:计算上行链路第k个用户的干扰抑制矩阵 人工噪声的干扰抑制矩阵

式中 二者都可以通过式(27)求得， 二者都可以通过式(28)求得：

[k]

上式 和 分别表示求 和 的d 个最小特征值对应的特征向量组成的矩阵；

Step2‑8:逆转通信方向，令[k]

Step2‑9:继续迭代，更新U 、 计算干扰泄露值直至其小于给定的门限值，即收敛，结束迭代；

[k] [k] [k]

Step2‑10:输出V 、U 、W ；

Step2‑11:否则返回Step2‑3，[k] [k] [k]

将输出的V 、U 、W 代入：[k]

式中，IL 和 分别表示下行链路第k个用户接收到的其他用户干扰泄露值和人工噪声干扰泄露值，得最小化干扰泄露的目标函数为：此时，接收端r接收信号的矩阵形式为：第k个用户的传输速率为：

窃听端的窃听速率为：

系统的安全速率为：

式中等效信道矩阵

2.如权利要求1所述的一种中继协作网络下多用户MIMO通信保密方法，其特征在于，所述步骤一中各参数范围如下：K＝1,2,...,M＝1,2,...,N＝1,2,...,S＝1,2,...,L＝1,

2,...,

3.如权利要求1所述的一种中继协作网络下多用户MIMO通信保密方法，其特征在于，所述步骤三中放大转发因子的设计准则为最大化发送信息强度的同时，满足中继发送功率PR的约束：

4.如权利要求1所述的一种中继协作网络下多用户MIMO通信保密方法，其特征在于，所述步骤三中窃听信道无零空间时，传输信号的第二时隙中继端R以功率ρPR转发发送端T的信号，以功率(1‑ρ)PR发人工噪声。

5.如权利要求1所述的一种中继协作网络下多用户MIMO通信保密方法，其特征在于，所述步骤四中根据窃听端E天线数与用户数和发送端T发的数据流的关系，给出不同条件下窃听端接收信号的矩阵形式：

1)当L

个用户到窃听端E的信道矩阵,其为M×L维复数域矩阵， 表示中继端R到窃听端E的信道矩阵，其为S×L维复数域矩阵，等效信道表示第i个用户到窃听端E

的信道矩阵，其为M×L维复数域矩阵，；

(2)M+N＝d(K+1)，dK‑d+1≤L＜M，dK‑d+1≤L＜S，窃听端E配备至少(dK‑d+1)根天线可以消除其他用户干扰，但是主信道信息数据流的干扰仍然存在，此时窃听端E接收信号矩阵形式：

2)当L≥M,L≥S时,窃听信道不存在零空间，(1)M≤L＜dK‑d+1，S≤L＜dK‑d+1，此时，窃听端无法消除其他用户和人工噪声的干扰，此时窃听端E接收信号矩阵形式：[R]

式中Z 表示中继端R发送的包含 个数据流的信号向量，等效信道[ER] [ER]

G (1)与G (2)分别表示第1、2时隙的中继端R到窃听端E的信道矩阵；

(2)M+N＝d(K+1)，M≤dK‑d+1≤L,S≤dK‑d+1≤L，此时窃听用户可以消除其他用户的干扰，但是无法消除主信道信息数据流之间的干扰和人工噪声的干扰，此时窃听端E接收信号矩阵形式：