1.一种多用户干扰网络中基于人工噪声和动态功率分配的安全传输方法,其特征在于,包括:S1:发送端向接收端发送信息,发送端包括保密通信发送端和非保密通信发送端,接收端包括保密用户和非保密用户;
S2:采用改进干扰对齐算法对发送信息和接收信息进行处理,得到保密通信发送端的波束成形向量、保密用户的接收向量、非保密通信发送端的信号预编码矩阵和AN预编码矩阵;
采用改进干扰对齐算法对发送信息和接收信息进行处理的过程包括:S21:初始化参数,参数包括迭代次数阈值、干扰泄漏阈值、发送功率和功率分配比率;
设置功率分配比率取值范围;
S22:生成初始保密通信发送端的波束成形向量、非保密通信发送端的信号预编码矩阵和AN预编码矩阵;
S23:根据保密通信发送端的波束成形向量、非保密通信发送端的信号预编码矩阵和AN预编码矩阵计算保密用户的干扰协方差矩阵和非保密用户的干扰协方差矩阵;
计算保密用户的干扰协方差矩阵和非保密用户的干扰协方差矩阵的公式分别为:其中,Q1表示保密用户的干扰协方差矩阵,P表示非保密通信发送端的发送功率,d表示非保密通信发送端发送的数据流的数量,H1j表示第j个非保密通信发送端到保密用户的信道矩阵,Dj表示第j个发送端的信号预编码矩阵,P1表示保密通信发送端的发送功率,β表示功率分配比率,a表示保密通信发送端发送的AN信号数量,C表示AN预编码矩阵,H11表示保密通信发送端到保密用户的信道矩阵,K表示用户数量,Qm表示非保密用户的干扰协方差矩阵,Hmj表示第j个非保密通信发送端到第m个用户的信道矩阵,d1表示保密通信发送端的波束成形向量,Hm1表示保密通信发送端到第m个用户的信道矩阵;
S24:根据保密用户的干扰协方差矩阵计算保密用户的接收向量,根据非保密用户的干扰协方差矩阵计算非保密用户的接收矩阵;
计算保密用户的接收向量和非保密用户的接收矩阵的公式分别为:r1=ν1[Q1]
Rm=νl[Qm],l=1,...,d,m=2,3,...,K其中,r1表示保密用户的接收向量,ν1[Q1]表示Q1的最小特征值对应的特征向量,Rm表示非保密用户的接收矩阵,νl[Qm]表示Qm的第l个最小特征值对应的特征向量;
S25:根据保密用户的干扰协方差矩阵和保密用户的接收向量计算保密用户的干扰泄露,根据非保密用户的干扰协方差矩阵和非保密用户的接收矩阵计算非保密用户的干扰泄露;
计算保密用户的干扰泄露和非保密用户的干扰泄露的公式分别为:H
L1=||r1Q1r1||
其中,L1表示保密用户的干扰泄露,Lm表示非保密用户的干扰泄露;
S26:根据保密用户的接收向量计算保密通信发送端的干扰协方差矩阵;根据保密用户的接收向量和非保密用户的接收矩阵计算非保密通信发送端的干扰协方差矩阵和AN信号的干扰协方差矩阵;
计算保密通信发送端的干扰协方差矩阵、非保密通信发送端的干扰协方差矩阵和AN信号的干扰协方差矩阵的公式分别为:其中, 表示互易网络中保密通信发送端的干扰协方差矩阵, 表示保密通信发送端到第j个用户的信道矩阵的共轭转置, 表示第j个非保密用户的接收矩阵的共轭转置,表示互易网络中非保密通信发送端的干扰协方差矩阵, 表示第m个非保密通信发送端到保密用户的信道矩阵的共轭转置, 表示保密用户的接收向量, 表示第m个非保密通信发送端到第j个用户的信道矩阵的共轭转置, 表示保密通信发送端与AN有关的干扰协方差矩阵, 表示保密通信发送端到保密用户的信道矩阵的共轭转置;
S27:分别根据保密通信发送端的干扰协方差矩阵、非保密通信发送端的干扰协方差矩阵和AN信号的干扰协方差矩阵更新保密通信发送端的波束成形向量、非保密通信发送端的信号预编码矩阵和AN预编码矩阵;
更新保密通信发送端的波束成形向量、非保密通信发送端的信号预编码矩阵和AN预编码矩阵的公式分别为:其中, 表示 的最小特征值对应的特征向量,Dm表示第m个非保密通信发送端的信号预编码矩阵, 表示 的第l个最小特征值对应的特征向量, 表示 的第s个最小特征值对应的特征向量;
S28:判断保密用户的干扰泄露和非保密用户的干扰泄露是否小于干扰泄漏阈值或者迭代次数是否达到迭代次数阈值;若是,则以设置的步进值更新功率分配比率,返回步骤S22,直到遍历取值范围内的功率分配比率;否则,返回步骤S23;
S3:根据保密通信发送端的波束成形向量、保密用户的接收向量、非保密通信发送端的信号预编码矩阵、AN预编码矩阵和安全中断条件构建安全保密速率优化函数;
安全保密速率优化函数为:
s.t.Pr(ρe(β)>σ)=δ
0≤β≤1
0≤Rs≤Ct
其中,Rs表示安全保密速率,γ表示保密通信发送端的有效信噪比,σ表示安全中断概率参数,ρe(β)表示窃听信道的信干噪比,δ表示安全中断概率阈值,Ct表示保密通信发送端信道容量;
S4:求解安全保密速率优化函数,得到最佳安全传输方案;
S5:发送端和接收端根据最佳安全传输方案进行安全传输。