CN107437963A - 基于反馈控制的分布式安全波束成型方法及装置 - Google Patents

基于反馈控制的分布式安全波束成型方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于反馈控制的分布式安全波束成型方法及装置，该方法包括：接收所述接收端设备发送的反馈信号，所述反馈信号用于表示所述接收端设备在第n时隙的第一信干噪比SINR相较于所述接收端设备存储的第n时隙的第二SINR是否提升；根据所述反馈信号，调整第(n+1)时隙发送第一人工噪声信号的发射权值的相关参数，所述相关参数包括发射相位、修正因子以及随机扰动；本发明实施例能够实现分布式安全通信，同时，提高分布式安全通信系统的保密性能。

Description

基于反馈控制的分布式安全波束成型方法及装置
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于反馈控制的分布式安全波束成型方法及装置。
背景技术
分布式波束成型(Distributed Beamforming)是一种协同通信技术，由多个发射端设备发送相同的信息给目标端设备，并通过控制发射端设备的发射相位使多个发射端设备的信号在目标端设备进行有效的合并。
近年来，只利用单比特反馈信息的相位同步算法被提出，并得到了广泛的研究。该方法可以在有限的反馈信道容量下，通过单比特信息实现发射端设备到接收端设备的相位同步，但是现有的单比特相位同步方法只适用于可靠的通信环境。当环境中有窃听端设备窃取信息时，该方法不能实现分布式安全通信。
发明内容
本发明实施例公开了一种基于反馈控制的分布式安全波束成型方法及装置，能够实现分布式安全通信，同时，提高分布式安全通信系统的保密性能。
本发明实施例第一方面公开一种基于反馈控制的分布式安全波束成型方法，应用于分布式安全通信系统包括的发射端设备，所述分布式安全通信系统包括多个所述发射端设备、接收端设备以及窃听端设备，所述方法包括：
接收所述接收端设备发送的反馈信号，所述反馈信号用于表示所述接收端设备在第n时隙的第一信干噪比SINR相较于所述接收端设备存储的第n时隙的第二SINR是否提升；
根据所述反馈信号，调整第(n+1)时隙发送第一人工噪声信号的发射权值的相关参数，所述相关参数包括发射相位、修正因子以及随机扰动；
其中，所述第n时隙为当前时隙，所述第(n+1)时隙为所述当前时隙的下一个时隙，所述n为正整数。
作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第一方面中，所述根据所述反馈信号，调整第(n+1)时隙发送第一人工噪声信号的发射权值的相关参数包括：
若所述反馈信号用于表示所述接收端设备在第n时隙的第一SINR相较于所述接收端设备存储的第n时隙的第二SINR提升，确定
若所述反馈信号用于表示所述接收端设备在第n时隙的第一SINR相较于所述接收端设备存储的第n时隙的第二SINR未提升，确定
其中，为第(n+1)时隙发送所述第一人工噪声信号的发射权值的发射相位，为第(n+1)时隙发送所述第一人工噪声信号的发射权值的修正因子，为第(n+1)时隙发送所述第一人工噪声信号的发射权值的随机扰动，为第n时隙发送第二人工噪声信号的发射权值的发射相位，为第n时隙发送所述第二人工噪声信号的发射权值的修正因子，为第n时隙发送所述第二人工噪声信号的发射权值的随机扰动，为随机扰动步长的增长因子，为随机扰动步长的下降因子。
作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第一方面中，所述方法还包括：
若所述反馈信号用于表示所述接收端设备在第n时隙的第一SINR相较于所述接收端设备存储的第n时隙的第二SINR提升，将所述发射端设备上的正反馈计数器的个数累加1；
若累加后的正反馈计数器的个数大于或等于第一累加阈值，则执行所述的确定
作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第一方面中，所述方法还包括：
若所述反馈信号用于表示所述接收端设备在第n时隙的第一SINR相较于所述接收端设备存储的第n时隙的第二SINR未提升，将所述发射端设备上的负反馈计数器的个数累加1；
若累加后的负反馈计数器的个数大于或等于第二累加阈值，则执行所述的确定
作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第一方面中，所述方法还包括：
保存第n时隙发送所述第二人工噪声信号的发射权值的随机扰动。
本发明实施例第二方面公开一种基于反馈控制的分布式安全波束成型方法，应用于分布式安全通信系统包括的接收端设备，所述分布式安全通信系统包括多个发射端设备以及窃听端设备，所述方法包括：
在第n时隙接收多个所述发射端设备发送的第一信号；其中，所述n为所述第n时隙为当前时隙，所述n为正整数。
根据所述第一信号，确定在第n时隙的第一信干噪比SINR；
根据所述第一SINR，确定反馈信号，所述反馈信号用于表示所述接收端设备在第n时隙的第一信干噪比SINR相较于所述接收端设备存储的第n时隙的第二SINR是否提升；
向多个所述发射端设备发送所述反馈信号。
作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第二方面中，所述根据所述第一SINR，确定反馈信号包括：
将所述第一SINR与所述第二SINR进行比较；
若所述第一SINR大于所述第二SINR，则确定用于表示所述第一SINR相较于所述第二SINR提升的反馈信号；
若所述第一SINR小于或等于所述第二SINR，则确定用于表示所述第一SINR相较于所述第二SINR未提升的反馈信号。
作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第二方面中，所述方法还包括：
将所述第一SINR与所述第二SINR中较大的SINR存储为所述接收端设备第(n+1)时隙的SINR；其中，所述第(n+1)时隙为所述当前时隙的下一个时隙。
本发明实施例第三方面公开一种分布式安全波束成型装置，运行于分布式安全通信系统包括的发射端设备，包括：
接收单元，用于接收所述接收端设备发送的反馈信号，所述反馈信号用于表示所述接收端设备在第n时隙的第一信干噪比SINR相较于所述接收端设备存储的第n时隙的第二SINR是否提升；
调整单元，用于根据所述反馈信号，调整第(n+1)时隙发送第一人工噪声信号的发射权值的相关参数，所述相关参数包括发射相位、修正因子以及随机扰动；
其中，所述第n时隙为当前时隙，所述第(n+1)时隙为所述当前时隙的下一个时隙，所述n为正整数。
作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第三方面中，所述调整单元包括：
第一确定子单元，用于若所述反馈信号用于表示所述接收端设备在第n时隙的第一SINR相较于所述接收端设备存储的第n时隙的第二SINR提升，确定
第二确定子单元，用于若所述反馈信号用于表示所述接收端设备在第n时隙的第一SINR相较于所述接收端设备存储的第n时隙的第二SINR未提升，确定
其中，为第(n+1)时隙发送所述第一人工噪声信号的发射权值的发射相位，为第(n+1)时隙发送所述第一人工噪声信号的发射权值的修正因子，为第(n+1)时隙发送所述第一人工噪声信号的发射权值的随机扰动，为第n时隙发送第二人工噪声信号的发射权值的发射相位，为第n时隙发送所述第二人工噪声信号的发射权值的修正因子，为第n时隙发送所述第二人工噪声信号的发射权值的随机扰动，为随机扰动步长的增长因子，为随机扰动步长的下降因子。
作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第三方面中，所述分布式安全波束成型装置还包括：
第一计数单元，用于若所述反馈信号用于表示所述接收端设备在第n时隙的第一SINR相较于所述接收端设备存储的第n时隙的第二SINR提升，将所述发射端设备上的正反馈计数器的个数累加1；
所述第一确定子单元确定的方式具体为：
若累加后的正反馈计数器的个数大于或等于第一累加阈值，确定
作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第三方面中，所述分布式安全波束成型装置还包括：
第二计数单元，用于若所述反馈信号用于表示所述接收端设备在第n时隙的第一SINR相较于所述接收端设备存储的第n时隙的第二SINR未提升，将所述发射端设备上的负反馈计数器的个数累加1；
所述第二确定子单元确定的方式具体为：
若累加后的负反馈计数器的个数大于或等于第二累加阈值，则执行所述的确定
作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第三方面中，所述分布式安全波束成型装置还包括：
保存单元，用于保存第n时隙发送所述第二人工噪声信号的发射权值的随机扰动。
本发明实施例第四方面公开一种分布式安全波束成型装置，运行于分布式安全通信系统包括的接收端设备，包括：
发送单元，用于在第n时隙接收多个所述发射端设备发送的第一信号；其中，所述n为所述第n时隙为当前时隙，所述n为正整数。
第一确定单元，用于根据所述第一信号，确定在第n时隙的第一信干噪比SINR；
第二确定单元，用于根据所述第一SINR，确定反馈信号，所述反馈信号用于表示所述接收端设备在第n时隙的第一信干噪比SINR相较于所述接收端设备存储的第n时隙的第二SINR是否提升；
所述发送单元，还用于向多个所述发射端设备发送所述反馈信号。
作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第四方面中，所述第二确定单元根据所述第一SINR，确定反馈信号包括：
将所述第一SINR与所述第二SINR进行比较；
若所述第一SINR大于所述第二SINR，则确定用于表示所述第一SINR相较于所述第二SINR提升的反馈信号；
若所述第一SINR小于或等于所述第二SINR，则确定用于表示所述第一SINR相较于所述第二SINR未提升的反馈信号。
作为一种可选的实施方式，在本发明实施例第四方面中，所述分布式安全波束成型装置还包括：
存储单元，用于将所述第一SINR与所述第二SINR中较大的SINR存储为所述接收端设备第(n+1)时隙的SINR；其中，所述第(n+1)时隙为所述当前时隙的下一个时隙。
与现有技术相比，本发明实施例具备以下有益效果：
本发明实施例中，发射端设备可以接收所述接收端设备发送的反馈信号，所述反馈信号用于表示所述接收端设备在第n时隙的第一信干噪比SINR相较于所述接收端设备存储的第n时隙的第二SINR是否提升；进一步地，发射端设备可以根据所述反馈信号，调整第(n+1)时隙发送第一人工噪声信号的发射权值的相关参数，所述相关参数包括发射相位、修正因子以及随机扰动。可见，实施本发明实施例，发射端设备只需要使用接收端设备发送的反馈信息，就可以对第(n+1)时隙发送第一人工噪声信号的发射权值的相关参数进行调整，以使所述第一人工噪声信号在所述接收端设备的干扰功率最小，从而能够实现分布式安全通信，同时，提高分布式安全通信系统的保密性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例公开的一种分布式安全通信系统的模型示意图；
图2是本发明实施例公开的一种基于反馈控制的分布式安全波束成型方法的流程示意图；
图3是本发明实施例公开的另一种基于反馈控制的分布式安全波束成型方法的流程示意图；
图4是本发明实施例公开的另一种基于反馈控制的分布式安全波束成型方法的流程示意图；
图5是本发明实施例公开的一种分布式安全通信系统的保密容量的收敛示意图；
图6是本发明实施例公开的一种分布式安全波束成型装置的结构示意图；
图7是本发明实施例公开的另一种分布式安全波束成型装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本发明实施例公开了一种基于反馈控制的分布式安全波束成型方法及装置，能够实现分布式安全通信，同时，提高分布式安全通信系统的保密性能。以下进行结合附图进行详细描述。
请参阅图1，图1是本发明实施例公开的一种分布式安全通信系统的模型示意图。如图1所示，该分布式安全通信系统包括多个发射端设备Si(i＝1，2,3….N，且N为正整数)、接收端设备D以及窃听端设备E。其中，每个发射端设备Si与接收端设备D装备单天线，窃听端设备E装备多天线。
其中，发射端设备Si主要用于收发信号，比如发送人工噪声信号以及接收反馈信号等，该发射端设备Si可以为基站。基站(例如接入点)可以是指接入网中在空中接口上通过一个或多个扇区与无线终端通信的设备。基站可用于将收到的空中帧与IP分组进行相互转换，作为无线终端与接入网的其余部分之间的路由器，其中，接入网的其余部分可包括网际协议(IP)网络。基站还可以协调对空中接口的属性管理。例如，基站可以是GSM或CDMA中的基站(BTS，Base Transceiver Station)，也可以是WCDMA中的基站(NodeB)，还可以是LTE中的演进型基站(NodeB或eNB或e-NodeB，evolutional Node B)，本发明实施例不做限定。
其中，接收端设备D主要用于收发信号，比如发送人工噪声信号以及接收有用信号等，该目标端设备D可以为基站。
其中，窃听设备E主要用于监听发射端设备Si发送给接收端设备D的信号，以及监听接收端设备D发送给发射端设备Si的信号，并根据接收到的信号调整自身的波束成型器，该窃听设备E可以包括但不限于基站、用户设备、通信车等。
在图1所示的分布式安全通信系统中，接收端设备D的坐标表示为(0,rD)，窃听端设备E的坐标表示为(rEsinθE,rEcosθE)，其中θE表示在图1所示的坐标下，窃听端设备E与y轴之间的夹角。N个已经经过频率同步的分布式发射端设备随机分布在半径为rS的圆中，同时这些发射端设备的分布规律符合均匀分布，即每一个分布式发射端设备在圆中任一位置出现的概率相同。其中，第i个发射端设备Si(i＝1,2,K,N)的坐标可以表示为因此，第i个发射端设备到接收端设备D的自由空间路径损耗为式中λ表示载波波长，表示第i个发射端设备到接收端设备D的距离。表示第i个发射端设备到接收端设备D的信道衰落。表示第i个发射端设备到窃听端设备E的自由空间路径损耗，式中表示第i个发射端设备到窃听端设备E的距离，表示第i个发射端设备到窃听端设备E的信道衰落。LDE＝λ/4πdDE表示接收端设备D与窃听端设备E之间的自由空间路径损耗，则表示接收端设备D与窃听端设备E之间的距离。hDE则表示接收端设备D与窃听端设备E之间的信道衰落。类似于以上的定义方法，分别表示接收端设备D在发送反馈信号时与第i个发射端设备间的自由空间路径损耗、距离以及信道衰落。
其中，任一分布式发射端设备Si(i＝1,2,K,N)与接收端设备D都装备全向单天线，窃听端设备E上则装备了多天线阵列以获取更多的信道方向信息，从而提升窃听端设备E自身的窃听容量，例如通过估计分布式发射端设备与接收端设备D之间的到达角(Directionof Arrival)以设计自身的波束成型器。
在图1所示的分布式安全通信系统中，发射端设备可以接收所述接收端设备发送的反馈信号，所述反馈信号用于表示所述接收端设备在第n时隙的第一信干噪比SINR相较于所述接收端设备存储的第n时隙的第二SINR是否提升；进一步地，发射端设备可以根据所述反馈信号，调整第(n+1)时隙发送第一人工噪声信号的发射权值的相关参数，以使所述第三人工噪声信号在所述接收端设备的干扰功率最小，从而可以提高分布式安全通信系统的安全性。
请参阅图2，图2是本发明实施例公开的一种基于反馈控制的分布式安全波束成型方法的流程示意图。其中，该基于反馈控制的分布式安全波束成型方法应用于分布式安全通信系统包括的发射端设备，如图2所示，该基于反馈控制的分布式安全波束成型方法可以包括以下步骤：
步骤201、发射端设备接收所述接收端设备发送的反馈信号。
其中，所述反馈信号用于表示所述接收端设备在第n时隙的第一信干噪比SINR相较于所述接收端设备存储的第n时隙的第二SINR是否提升。所述第n时隙为当前时隙，所述n为正整数。
作为一种可选的实施方式，在步骤201之前，发射端设备还可以在第n时隙向所述接收端设备发送携带有第二人工噪声信号的第一信号。其中，所述第二人工噪声信号用于干扰所述窃听端设备对第一信道方向信息的估计准确度。
发射端设备在第n时隙向所述接收端设备发送携带有第二人工噪声信号的第一信号可以表示为：
其中，xC[n]表示第n个时隙内发送的保密信息，每一个分布式发射端设备在每个时隙内发送的保密信息是相同的，表示第i个分布式发射端设备发送保密信息的功率，表示第i个分布式发射端设备发送的第一人造噪声信号，它服从均值为0，方差为1的高斯分布，表示第i个发射端设备发送第二人造噪声的功率。其中，所有分布式发射端设备在每一个时隙内发送保密信息xC[n]的功率相同，发送第二人造噪声的功率相同，且它们满足如下条件：
其中PT表示每一个分布式发射端设备发送保密信息xC[n]与第二人造噪声ξS,i[n]功率之和的上限。表示第i个分布式发射端设备发送第二人造噪声ξS,i[n]的发射权值。当对每一个分布式发射端设备的发射相位进行优化时，该发射权值可表示为
其中，该发射权值的自适应组件即包括三个参数，发射相位修正因子以及随机扰动第i个发射端设备Si(i＝1,2,K,N)生成的随机扰动其中，为扰动步长。初始化时，第i个发射端设备在第1个时隙时的最佳发射相位修正因子
本发明的实施例中，所述接收端设备接收到多个发射端设备发送的第一信号之后，就可以根据该第一信号向发射端设备发送反馈信息，其中，第i个分布式发射端设备Si接收到的反馈信号可以表示为：
其中，xD[n]为接收端设备确定的反馈信号，PC2表示接收端设备D反馈单比特控制信息xB[n]的发射功率，Pξ2表示接收端设备D发射第二人工噪声信号ξD[n]的功率，ξD[n]～CN(0,1)。表示接收端设备D与第i个分布式发射端设备Si之间的未知相位，它服从[0,2π)间的均匀分布，表示接收端设备D与第i个分布式发射端设备Si之间反馈控制信息时信道的相位响应，表示第i个分布式发射端设备上的加性高斯白噪声。
步骤202、若所述反馈信号用于表示所述接收端设备在第n时隙的第一SINR相较于所述接收端设备存储的第n时隙的第二SINR提升，发射端设备确定
其中，为第(n+1)时隙发送所述第一人工噪声信号的发射权值的发射相位，为第(n+1)时隙发送所述第一人工噪声信号的发射权值的修正因子，为第n时隙发送第二人工噪声信号的发射权值的发射相位，为第n时隙发送所述第二人工噪声信号的发射权值的修正因子，为第n时隙发送所述第二人工噪声信号的发射权值的随机扰动。
步骤203、发射端设备将所述发射端设备上的正反馈计数器的个数累加1。
其中，第i个发射端设备Si(i＝1,2,K,N)根据如下公式对其扰动步长进行更新：
其中表示第i个发射端设备Si(i＝1,2,K,N)上的正反馈计数器(在第1个时隙，初始值)，可以将正确的随机扰动的个数记录下来，表示第i个发射端设备Si(i＝1,2,K,N)对应于正反馈计数器的阈值。正确的随机扰动意味着所有发射端设备发射的人工噪声信号在接收端设备上的干扰功率下降。表示第i个发射端设备Si(i＝1,2,K,N)上随机扰动步长的增长因子，在第1个时隙设定好后不再改变。第i个发射端设备Si(i＝1,2,K,N)上的阈值按照如下规则进行更新：
其中，表示第i个发射端设备Si(i＝1,2,K,N)上阈值的修正因子，在第1个时隙设定好后不再改变，它可以通过修正阈值避免扰动步长过快增长。
步骤204、若累加后的正反馈计数器的个数大于或等于第一累加阈值，发射端设备确定
其中，为第(n+1)时隙发送所述第一人工噪声信号的发射权值的随机扰动，为随机扰动步长的增长因子。
其中，在所述反馈信号用于表示所述接收端设备在第n时隙的第一SINR相较于所述接收端设备存储的第n时隙的第二SINR提升，且累加后的正反馈计数器的个数大于或等于第一累加阈值的情况下，发射端设备才需要更新并确定反之，在所述反馈信号用于表示所述接收端设备在第n时隙的第一SINR相较于所述接收端设备存储的第n时隙的第二SINR提升，且累加后的正反馈计数器的个数小于第一累加阈值，发射端设备不需要更新并确定
需要说明的是，对于正反馈计数器，是累加正反馈，如果两个正反馈之间出现了一个负反馈，打断了正反馈，正反馈计数器是不清0的。
步骤205、发射端设备保存第n时隙发送所述第二人工噪声信号的发射权值的随机扰动，并结束本流程。
本发明实施例中，在所述反馈信号用于表示所述接收端设备在第n时隙的第一SINR相较于所述接收端设备存储的第n时隙的第二SINR提升的情况下，发射端设备需要保存第n时隙发送所述第二人工噪声信号的发射权值的随机扰动，以为在第(n+1)时隙更新修正因子做准备。
步骤206、若所述反馈信号用于表示所述接收端设备在第n时隙的第一SINR相较于所述接收端设备存储的第n时隙的第二SINR未提升，发射端设备确定
步骤207、发射端设备将所述发射端设备上的负反馈计数器的个数累加1。
其中，为了所有发射端设备发射的人工噪声信号在接收端设备上的收敛准确度，需要适当的减小每一个发射端设备的扰动步长
其中，第i个发射端设备Si(i＝1,2,K,N)根据如下公式对其扰动步长进行更新：
其中，表示第i个发射端设备Si(i＝1,2,K,N)上的负反馈计数器(在第1个时隙的初始值)，表示第i个发射端设备Si(i＝1,2,K,N)对应于负反馈计数器的阈值，表示第i个分布式发射节点Si(i＝1,2,K,N)上随机扰动步长的下降因子，在第1个时隙设定好后不再改变。当第i个发射端设备Si(i＝1,2,K,N)的负反馈计数器达到其对应的阈值时，第i个发射端设备Si(i＝1,2,K,N)的第二累加阈值将按照如下公式进行更新：
其中表示第i个分布式发射节点Si(i＝1，2，K，N)上第二累加阈值的修正因子，在第1个时隙设定好后不再改变，它可以通过修正阈值来减小第i个发射端设备Si(i＝1,2,K,N)上的随机扰动步长使得所有发射端设备协作发射的人工噪声信号在接收端设备上获得更好的收敛准确度。
步骤208、若累加后的负反馈计数器的个数大于或等于第二累加阈值，发射端设备确定
其中，在所述反馈信号用于表示所述接收端设备在第n时隙的第一SINR相较于所述接收端设备存储的第n时隙的第二SINR未提升，且累加后的负反馈计数器的个数大于或等于第二累加阈值的情况下，发射端设备才需要更新并确定反之，在所述反馈信号用于表示所述接收端设备在第n时隙的第一SINR相较于所述接收端设备存储的第n时隙的第二SINR未提升，且累加后的负反馈计数器的个数小于第二累加阈值的情况下，发射端设备不需要更新并确定
需要说明的是，对于负反馈计数器，是连续负反馈，如果负反馈后被一个正反馈打断了，负反馈计数器要清0。
其中，实施图2所描述的方法，发射端设备可以接收所述接收端设备发送的反馈信号，所述反馈信号用于表示所述接收端设备在第n时隙的第一信干噪比SINR相较于所述接收端设备存储的第n时隙的第二SINR是否提升；进一步地，发射端设备可以根据所述反馈信号，调整第(n+1)时隙发送第一人工噪声信号的发射权值的发射相位、修正因子以及随机扰动，以使所述第三人工噪声信号在所述接收端设备的干扰功率最小，从而可以提高分布式安全通信系统的安全性。
请参阅图3，图3是本发明实施例公开的另一种基于反馈控制的分布式安全波束成型方法的流程示意图。其中，该基于反馈控制的分布式安全波束成型方法应用于分布式安全通信系统包括的接收端设备，如图3所示，该基于反馈控制的分布式安全波束成型方法可以包括以下步骤：
步骤301、接收端设备在第n时隙接收多个所述发射端设备发送的第一信号。
其中，所述n为所述第n时隙为当前时隙，所述n为正整数。
本发明实施例中，接收端设备在第n时隙接收多个所述发射端设备发送的第一信号，可以表示为
其中表示接收端D上的加性高斯白噪声(Additive WhiteGaussian Noise)，表示第i个分布式发射节点Si与接收端D之间的未知相位，它服从[0,2π)间的均匀分布，表示第i个发射节点Si与接收端D之间第一阶段信道的相位响应。
步骤302、接收端设备根据所述第一信号，确定在第n时隙的第一信干噪比SINR。
其中，接收端设备在第n时隙的信干噪比可表示为：
第n时隙发射端设备与接收端设备之间的互信息量RD[n]可以表示为：
RD[n]＝log2(1+SINRD[n])
接收端设备D上的安全容量RS[n]可以表示为：
RS[n]＝[RD[n]-RE[n]]+
其中，即保证接收端设备D上可实现的安全容量RS≥0。
步骤303、接收端设备根据所述第一SINR，确定反馈信号。
其中，所述反馈信号用于表示所述接收端设备在第n时隙的第一信干噪比SINR相较于所述接收端设备存储的第n时隙的第二SINR是否提升；
所述接收端设备根据所述第一SINR，确定反馈信号包括：
将所述第一SINR与所述第二SINR进行比较；
若所述第一SINR大于所述第二SINR，则确定用于表示所述第一SINR相较于所述第二SINR提升的反馈信号；
若所述第一SINR小于或等于所述第二SINR，则确定用于表示所述第一SINR相较于所述第二SINR未提升的反馈信号。
具体的，接收端设备确定的反馈信号可以表示为：
其中PC2表示接收端设备D反馈单比特控制信息xB[n]的发射功率，Pξ2表示接收端设备D发射第三人工噪声信号ξD[n]的功率，ξD[n]～CN(0,1)。
例如，可以用比特1表示所述第一SINR相较于所述第二SINR提升，并称其为单比特正反馈，用比特0表示所述第一SINR相较于所述第二SINR未提升，并称其为单比特负反馈。其中，接收端设备只需要反馈单比特控制信息，能够节省网络资源。
步骤304、接收端设备向多个所述发射端设备发送所述反馈信号。
步骤305、接收端设备将所述第一SINR与所述第二SINR中较大的SINR存储为所述接收端设备第(n+1)时隙的SINR。
其中，所述第(n+1)时隙为所述当前时隙的下一个时隙。
其中，实施图3所描述的方法，接收端设备可以在第n时隙接收多个所述发射端设备发送的第一信号；根据所述第一信号，确定在第n时隙的第一信干噪比SINR；以及根据所述第一SINR，确定反馈信号之后，向多个所述发射端设备发送所述反馈信号，这样，发射端设备就可以根据反馈信号调整第(n+1)时隙发送第一人工噪声信号的发射权值的发射相位、修正因子以及随机扰动，从而能够实现分布式安全通信，同时，提高分布式安全通信系统的保密性能。
请参阅图4，图4是本发明实施例公开的另一种基于反馈控制的分布式安全波束成型方法的流程示意图；其中，该基于反馈控制的分布式安全波束成型方法是从发射端设备以及接收端设备两侧来描述的，图4中的部分或全部步骤可以参照图2或图3中的描述，在此不再赘述。如图4所示，该基于反馈控制的分布式安全波束成型方法可以包括以下步骤：
步骤401、发射端设备在第n时隙向接收端设备发送第一信号。
步骤402、接收端设备根据所述第一信号，确定在第n时隙的第一信干噪比SINR。
步骤403、接收端设备根据所述第一SINR，确定反馈信号。
步骤404、接收端设备向多个所述发射端设备发送所述反馈信号。
步骤405、发射端设备根据所述反馈信号，调整第(n+1)时隙发送第一人工噪声信号的发射权值的发射相位、修正因子以及随机扰动。
请一并参见图5，图5是本发明实施例公开的一种分布式安全通信系统的保密容量的收敛示意图；如图5所示，分布式安全通信系统的保密容量在迭代结束后明显提升，且发射端设备的个数越多，分布式安全通信系统的保密容量越高。
其中，实施图4所描述的基于反馈控制的分布式安全波束成型方法，发射端设备可以在第n时隙向接收端设备发送第一信号，接收端设备根据所述第一信号，确定在第n时隙的第一信干噪比SINR，并根据所述第一SINR，确定反馈信号，并向多个所述发射端设备发送所述反馈信号，发射端设备就可以根据所述反馈信号，调整第(n+1)时隙发送第一人工噪声信号的发射权值的发射相位、修正因子以及随机扰动，以使所述第三人工噪声信号在所述接收端设备的干扰功率最小，从而可以提高分布式安全通信系统的安全性。
请参阅图6，图6是本发明实施例公开的一种分布式安全波束成型装置的结构示意图。其中，图6所描述的分布式安全波束成型装置可以行于分布式安全通信系统包括的发射端设备，图6所描述的分布式安全波束成型装置可以用于执行图2或图4所描述的基于反馈控制的分布式安全波束成型方法中的部分或全部步骤，具体请参见图2或图4中的相关描述，在此不再赘述。如图6所示，该分布式安全波束成型装置可以包括：
接收单元601，用于接收所述接收端设备发送的反馈信号，所述反馈信号用于表示所述接收端设备在第n时隙的第一信干噪比SINR相较于所述接收端设备存储的第n时隙的第二SINR是否提升；
调整单元602，用于根据所述反馈信号，调整第(n+1)时隙发送第一人工噪声信号的发射权值的相关参数，所述相关参数包括发射相位、修正因子以及随机扰动；
其中，所述第n时隙为当前时隙，所述第(n+1)时隙为所述当前时隙的下一个时隙，所述n为正整数。
可选的，所述调整单元602包括：
第一确定子单元6021，用于若所述反馈信号用于表示所述接收端设备在第n时隙的第一SINR相较于所述接收端设备存储的第n时隙的第二SINR提升，确定
第二确定子单元6022，用于若所述反馈信号用于表示所述接收端设备在第n时隙的第一SINR相较于所述接收端设备存储的第n时隙的第二SINR未提升，确定
其中，为第(n+1)时隙发送所述第一人工噪声信号的发射权值的发射相位，为第(n+1)时隙发送所述第一人工噪声信号的发射权值的修正因子，为第(n+1)时隙发送所述第一人工噪声信号的发射权值的随机扰动，为第n时隙发送第二人工噪声信号的发射权值的发射相位，为第n时隙发送所述第二人工噪声信号的发射权值的修正因子，为第n时隙发送所述第二人工噪声信号的发射权值的随机扰动，为随机扰动步长的增长因子，为随机扰动步长的下降因子。
可选的，所述分布式安全波束成型装置还包括：
第一计数单元603，用于若所述反馈信号用于表示所述接收端设备在第n时隙的第一SINR相较于所述接收端设备存储的第n时隙的第二SINR提升，将所述发射端设备上的正反馈计数器的个数累加1；
所述第一确定子单元6021确定的方式具体为：
若累加后的正反馈计数器的个数大于或等于第一累加阈值，确定
可选的，所述分布式安全波束成型装置还包括：
第二计数单元604，用于若所述反馈信号用于表示所述接收端设备在第n时隙的第一SINR相较于所述接收端设备存储的第n时隙的第二SINR未提升，将所述发射端设备上的负反馈计数器的个数累加1；
所述第二确定子单元6022确定的方式具体为：
若累加后的负反馈计数器的个数大于或等于第二累加阈值，则执行所述的确定
可选的，所述分布式安全波束成型装置还包括：
保存单元605，用于保存第n时隙发送所述第二人工噪声信号的发射权值的随机扰动。
在图6所述的分布式安全波束成型装置中，发射端设备可以接收所述接收端设备发送的反馈信号，所述反馈信号用于表示所述接收端设备在第n时隙的第一信干噪比SINR相较于所述接收端设备存储的第n时隙的第二SINR是否提升；进一步地，发射端设备可以根据所述反馈信号，调整第(n+1)时隙发送第一人工噪声信号的发射权值的相关参数，所述相关参数包括发射相位、修正因子以及随机扰动。可见，实施本发明实施例，发射端设备只需要使用接收端设备发送的反馈信息，就可以对第(n+1)时隙发送第一人工噪声信号的发射权值的相关参数进行调整，以使所述第一人工噪声信号在所述接收端设备的干扰功率最小，从而能够实现分布式安全通信，同时，提高分布式安全通信系统的保密性能。
请参阅图7，图7是本发明实施例公开的另一种分布式安全波束成型装置的结构示意图。其中，图7所描述的分布式安全波束成型装置运行于分布式安全通信系统包括的接收端设备，图7所描述的分布式安全波束成型装置可以用于执行图3或图4所描述的基于反馈控制的分布式安全波束成型方法中的部分或全部步骤，具体请参见图3或图4中的相关描述，在此不再赘述。如图7所示，该分布式安全波束成型装置可以包括：
发送单元701，用于在第n时隙接收多个所述发射端设备发送的第一信号；其中，所述n为所述第n时隙为当前时隙，所述n为正整数。
第一确定单元702，用于根据所述第一信号，确定在第n时隙的第一信干噪比SINR；
第二确定单元703，用于根据所述第一SINR，确定反馈信号，所述反馈信号用于表示所述接收端设备在第n时隙的第一信干噪比SINR相较于所述接收端设备存储的第n时隙的第二SINR是否提升；
所述发送单元701，还用于向多个所述发射端设备发送所述反馈信号。
可选的，所述第二确定单元703根据所述第一SINR，确定反馈信号包括：
将所述第一SINR与所述第二SINR进行比较；
若所述第一SINR大于所述第二SINR，则确定用于表示所述第一SINR相较于所述第二SINR提升的反馈信号；
若所述第一SINR小于或等于所述第二SINR，则确定用于表示所述第一SINR相较于所述第二SINR未提升的反馈信号。
可选的，所述分布式安全波束成型装置还包括：
存储单元704，用于将所述第一SINR与所述第二SINR中较大的SINR存储为所述接收端设备第(n+1)时隙的SINR；其中，所述第(n+1)时隙为所述当前时隙的下一个时隙。
在图7所描述的分布式安全波束成型装置中，接收端设备可以在第n时隙接收多个所述发射端设备发送的第一信号；根据所述第一信号，确定在第n时隙的第一信干噪比SINR；以及根据所述第一SINR，确定反馈信号之后，向多个所述发射端设备发送所述反馈信号，这样，发射端设备就可以根据反馈信号调整第(n+1)时隙发送第一人工噪声信号的发射权值的发射相位、修正因子以及随机扰动，从而能够实现分布式安全通信，同时，提高分布式安全通信系统的保密性能。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储器中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储器中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储器包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储器中，存储器可以包括：闪存盘、只读存储器(英文：Read-Only Memory，简称：ROM)、随机存取器(英文：Random Access Memory，简称：RAM)、磁盘或光盘等。
以上对本发明实施例公开的一种基于反馈控制的分布式安全波束成型方法及装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种基于反馈控制的分布式安全波束成型方法，其特征在于，应用于分布式安全通信系统包括的发射端设备，所述分布式安全通信系统包括多个所述发射端设备、接收端设备以及窃听端设备，所述方法包括：
接收所述接收端设备发送的反馈信号，所述反馈信号用于表示所述接收端设备在第n时隙的第一信干噪比SINR相较于所述接收端设备存储的第n时隙的第二SINR是否提升；
根据所述反馈信号，调整第(n+1)时隙发送第一人工噪声信号的发射权值的相关参数，所述相关参数包括发射相位、修正因子以及随机扰动；
其中，所述第n时隙为当前时隙，所述第(n+1)时隙为所述当前时隙的下一个时隙，所述n为正整数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述反馈信号，调整第(n+1)时隙发送第一人工噪声信号的发射权值的相关参数包括：
若所述反馈信号用于表示所述接收端设备在第n时隙的第一SINR相较于所述接收端设备存储的第n时隙的第二SINR提升，确定
若所述反馈信号用于表示所述接收端设备在第n时隙的第一SINR相较于所述接收端设备存储的第n时隙的第二SINR未提升，确定
其中，为第(n+1)时隙发送所述第一人工噪声信号的发射权值的发射相位，为第(n+1)时隙发送所述第一人工噪声信号的发射权值的修正因子，为第(n+1)时隙发送所述第一人工噪声信号的发射权值的随机扰动，为第n时隙发送第二人工噪声信号的发射权值的发射相位，为第n时隙发送所述第二人工噪声信号的发射权值的修正因子，为第n时隙发送所述第二人工噪声信号的发射权值的随机扰动，为随机扰动步长的增长因子，为随机扰动步长的下降因子。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
若所述反馈信号用于表示所述接收端设备在第n时隙的第一SINR相较于所述接收端设备存储的第n时隙的第二SINR提升，将所述发射端设备上的正反馈计数器的个数累加1；
若累加后的正反馈计数器的个数大于或等于第一累加阈值，则执行所述的确定
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
若所述反馈信号用于表示所述接收端设备在第n时隙的第一SINR相较于所述接收端设备存储的第n时隙的第二SINR未提升，将所述发射端设备上的负反馈计数器的个数累加1；
若累加后的负反馈计数器的个数大于或等于第二累加阈值，则执行所述的确定
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
保存第n时隙发送所述第二人工噪声信号的发射权值的随机扰动。
6.一种分布式安全波束成型装置，其特征在于，运行于分布式安全通信系统包括的发射端设备，包括：
接收单元，用于接收所述接收端设备发送的反馈信号，所述反馈信号用于表示所述接收端设备在第n时隙的第一信干噪比SINR相较于所述接收端设备存储的第n时隙的第二SINR是否提升；
调整单元，用于根据所述反馈信号，调整第(n+1)时隙发送第一人工噪声信号的发射权值的相关参数，所述相关参数包括发射相位、修正因子以及随机扰动；
其中，所述第n时隙为当前时隙，所述第(n+1)时隙为所述当前时隙的下一个时隙，所述n为正整数。
7.根据权利要求6所述的分布式安全波束成型装置，其特征在于，所述调整单元包括：
第一确定子单元，用于若所述反馈信号用于表示所述接收端设备在第n时隙的第一SINR相较于所述接收端设备存储的第n时隙的第二SINR提升，确定
第二确定子单元，用于若所述反馈信号用于表示所述接收端设备在第n时隙的第一SINR相较于所述接收端设备存储的第n时隙的第二SINR未提升，确定
其中，为第(n+1)时隙发送所述第一人工噪声信号的发射权值的发射相位，为第(n+1)时隙发送所述第一人工噪声信号的发射权值的修正因子，为第(n+1)时隙发送所述第一人工噪声信号的发射权值的随机扰动，为第n时隙发送第二人工噪声信号的发射权值的发射相位，为第n时隙发送所述第二人工噪声信号的发射权值的修正因子，为第n时隙发送所述第二人工噪声信号的发射权值的随机扰动，为随机扰动步长的增长因子，为随机扰动步长的下降因子。
8.根据权利要求7所述的分布式安全波束成型装置，其特征在于，所述分布式安全波束成型装置还包括：
第一计数单元，用于若所述反馈信号用于表示所述接收端设备在第n时隙的第一SINR相较于所述接收端设备存储的第n时隙的第二SINR提升，将所述发射端设备上的正反馈计数器的个数累加1；
所述第一确定子单元确定的方式具体为：
若累加后的正反馈计数器的个数大于或等于第一累加阈值，确定
9.根据权利要求8所述的分布式安全波束成型装置，其特征在于，所述分布式安全波束成型装置还包括：
第二计数单元，用于若所述反馈信号用于表示所述接收端设备在第n时隙的第一SINR相较于所述接收端设备存储的第n时隙的第二SINR未提升，将所述发射端设备上的负反馈计数器的个数累加1；
所述第二确定子单元确定的方式具体为：
若累加后的负反馈计数器的个数大于或等于第二累加阈值，则执行所述的确定
10.根据权利要求9所述的分布式安全波束成型装置，其特征在于，所述分布式安全波束成型装置还包括：
保存单元，用于保存第n时隙发送所述第二人工噪声信号的发射权值的随机扰动。
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