技術(shù)特征：

1.一種基于能量收割認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)的安全波束成形的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：以能量收割時(shí)間比為優(yōu)化變量，以次用戶系統(tǒng)的傳輸速率最大化為優(yōu)化目標(biāo)，構(gòu)建基于能量收割認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)的安全波束成形設(shè)計(jì)優(yōu)化問題，使得主用戶系統(tǒng)滿足安全通信質(zhì)量要求且次用戶系統(tǒng)發(fā)送端的發(fā)送功率滿足安全通信限制；

步驟二：利用矩陣共軛轉(zhuǎn)置原理將步驟一中所述的目標(biāo)優(yōu)化問題轉(zhuǎn)換為半定松弛問題，采用Charnes-Cooper將半定松弛問題等效轉(zhuǎn)換為凸優(yōu)化問題；

步驟三：通過一維搜索能量收割時(shí)間比獲得全局最優(yōu)解，所述全局最優(yōu)解包括轉(zhuǎn)發(fā)波束成形向量和認(rèn)知波束成形向量，進(jìn)而求解主用戶和次用戶的安全速率，完成認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)的安全波束成形的設(shè)計(jì)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟一中目標(biāo)優(yōu)化問題如下：

$\underset{w_S,w_P,\mathrm{\α}}{\max }\frac{\left(1-\mathrm{\α}\right)T}{2}{\log }_2\left(1+\frac{|h_{SS}^H{w}_S{|}^2}{\left(P_P\left|\right|h_{PST}|{|}^4+|\left|h_{PST}\right|{|}^2{N}_0\right)|h_{SS}^H{w}_P{|}^2+N_0}\right)$

s.t.

$C3:\left(P_P\right|\left|h_{PST}\right|{|}^4+\left|\right|h_{PST}\left|{|}^2{N}_0\right)|w_P{|}^2+|w_S{|}^2\≤\frac{2({\mathrm{\ψ}}_0+{\mathrm{\αT\ηP}}_p|h_{PST}{|}^2)}{(1-\mathrm{\α})T}$

C4:0≤α<1

其中，T表示為協(xié)作認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)的全過程時(shí)間，α為能量收割時(shí)間比，w_P為次用戶轉(zhuǎn)發(fā)主系統(tǒng)波束成形向量，w_S為次系統(tǒng)發(fā)送波束成形向量；

P_P為主用戶發(fā)送端的平均發(fā)送功率，h_PST表示主用戶到次用戶的信道，N₀為噪聲功率，為主用戶系統(tǒng)需求速率，為竊聽端用戶系統(tǒng)限制速率，η為能量轉(zhuǎn)換效率，η∈[0,1]，ψ₀表示次用戶初始的能量，依次表示為次用戶到竊聽端、次用戶到第K個(gè)竊聽端、次用戶到接收用戶的信道向量h_SS、h_SP的共軛轉(zhuǎn)置，h_PP、h_PS和分別表示主用戶到接收用戶，次系統(tǒng)到接收用戶，主系統(tǒng)到第k個(gè)竊聽點(diǎn)之間的信道向量；n_PR、和分別表示主用戶接收端，第一個(gè)竊聽點(diǎn)和第k個(gè)竊聽點(diǎn)處的加性高斯白噪聲，K為竊聽端個(gè)數(shù)；

認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中主用戶發(fā)送端為PT、次用戶發(fā)送端為ST、主用戶接收端為PR，次用戶接收端SR，PT到PR的傳輸信道作為主用戶系統(tǒng)，ST到PR的傳輸信道作為次用戶系統(tǒng)，PT到ST、PR以及SR之間的傳輸信道形成主系統(tǒng)，ST到PR、SR之間的傳輸信道形成次系統(tǒng)，且主系統(tǒng)和次系統(tǒng)的覆蓋范圍內(nèi)存在K-1個(gè)合法的SR竊聽PT和ST的信號(hào)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用矩陣共軛轉(zhuǎn)置原理將步驟一中所述的目標(biāo)優(yōu)化問題轉(zhuǎn)換為半定松弛問題是指利用矩陣共軛轉(zhuǎn)置原理將w_S、w_P、h_SS、h_SP進(jìn)行轉(zhuǎn)換，任取能量收割時(shí)間比α，將目標(biāo)優(yōu)化問題轉(zhuǎn)換為半定松弛問題：

$\underset{w_S,w_P}{max}\frac{Tr\left({\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{SS}{\stackrel{\&OverBar;}{W}}_S\right)}{Tr\left({\stackrel{\&OverBar;}{H}}_{SS}{\stackrel{\&OverBar;}{W}}_P\right)+N_0}$

s.t.

$C3:Tr\left({\stackrel{\&OverBar;}{W}}_P\right)+Tr\left({\stackrel{\&OverBar;}{W}}_S\right)\&le;\frac{2({\mathrm{\&psi;}}_0+{\mathrm{\&alpha;T\&eta;P}}_p|\left|h_{PST}\right|{|}^2)}{(1-\mathrm{\&alpha;})T}$

其中，β_p、為中間變量，其中Tr(·)表示為矩陣的跡；

均中間變量，和分別為次用戶轉(zhuǎn)發(fā)主系統(tǒng)波束成形向量的共軛轉(zhuǎn)置，次系統(tǒng)發(fā)送波束成形向量的共軛轉(zhuǎn)置。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，采用Charnes-Cooper將所述的半定松弛問題等效轉(zhuǎn)換為凸優(yōu)化問題：

$\underset{w_S,w_P,\mathrm{\&lambda;}}{max}Tr\left(H_{SS}{W}_S\right)$

s.t.

C1:Tr(H_SSW_P)+λN₀＝1

$C4:Tr\left(W_P\right)+Tr\left(W_S\right)\&le;\frac{2\mathrm{\&lambda;}({\mathrm{\&psi;}}_0+{\mathrm{\&alpha;T\&eta;P}}_p|\left|h_{PST}\right|{|}^2)}{(1-\mathrm{\&alpha;})T}$

C5:W_P≥0,W_S≥0,λ≥0

其中，H_SS、H_SP、W_S及W_P均為中間變量，和λ為松弛變換伸縮因子。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，對(duì)于所述的凸優(yōu)化問題的求解過程如下：

步驟1)：設(shè)置一維搜索精度Δα，同時(shí)設(shè)定能量收割時(shí)間比的初始值；

步驟2)：對(duì)凸優(yōu)化問題的方程組進(jìn)行求解，獲得局部?jī)?yōu)化解向量

步驟3)：如果和則凸優(yōu)化問題的局部最優(yōu)解向量為

否則，凸優(yōu)化問題的最優(yōu)解向量為其中和其中，rank表示為矩陣的秩；

步驟4)：更新搜索值α＝α+Δα，若α≥1，則進(jìn)入步驟5)，否則，返回步驟2)；

步驟5)：將所有的局部?jī)?yōu)化解向量代入凸優(yōu)化問題，使得凸優(yōu)化問題對(duì)應(yīng)的次用戶系統(tǒng)的傳輸速率最大時(shí)的局部?jī)?yōu)化解向量及對(duì)應(yīng)的能量收割時(shí)間比為全局最優(yōu)解向量對(duì)和進(jìn)行特征值分解EVD：獲得主用戶和次用戶的最優(yōu)安全速率