关键词:
双层卫星网络
物理层安全
鲁棒波束成形
窃听概率
摘要:
针对地球同步轨道(Geostationary earth orbit,GEO)卫星和低地球轨道(Low earth orbit,LEO)卫星星群组成的双层卫星网络中的物理层安全传输场景,在仅已知窃听者非完美信道状态信息(Channel state information,CSI)的条件下,提出了一种基于拉格朗日乘子法的鲁棒安全波束成形(Beamforming,BF)算法。在考虑LEO卫星星群作为中继采用放大转发协议辅助GEO卫星服务地面合法用户,而地面存在窃听者试图窃取卫星信号的情况下,首先建立以地面合法用户信噪比最大化为目标函数,以窃听者的窃听概率(Intercept probability,IP)和卫星最大发射功率符合既定限制作为约束条件的联合优化问题。其次,利用矩阵变换和指数分布的累积密度函数,将复杂非凸的窃听概率约束转换为可解的凸约束。最后,进一步采用拉格朗日乘子法,得到GEO卫星的发射功率以及LEO卫星星群的分布式BF权矢量闭式解。仿真结果表明,本文所提算法能在不同的信道误差情况下均保证双层卫星网络的安全通信,验证了算法的安全传输有效性和对信道误差的鲁棒性。