一种基于IRS的安全波束成形方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于IRS的安全波束成形方法与装置，所述方法包括：建立基于IRS辅助的SWIPT物联网系统模型；联合优化基站发射波束成形矩阵和干扰机协方差矩阵以及IRS相移，构建最大化能量采集的优化问题；利用松弛变量、半定松弛法、辅助变量和序列参数凸逼近法将非凸的二次型问题转化为等价的凸问题，提出一种交替迭代优化算法获取原问题的可行解。本发明专利技术将IRS和干扰机联合起来，建立一个基于IRS辅助的SWIPT物联网系统的保密通信链路，联合优化基站发射波束成形矩阵和干扰机协方差矩阵以及IRS相移，提高通信安全性，同时增强系统能量采集能力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于IRS的安全波束成形方法与装置
本专利技术属于通信
，具体涉及一种基于IRS的安全波束成形方法与装置。
技术介绍
第六代通信技术(6G)的进一步研究和发展，可以满足未来泛在物联网(Internetofthing，IoT)的需求，但6G&IoT的体系结构存在着设备之间的资源分配、可持续通信、信息安全等一系列问题。随着信息传输速率和移动终端数目迅速增加，信息传输的安全性和可靠性尤为重要。无线携能通信传输(Simultaneouswirelessinformationandpowertransfer，SWIPT)是一种射频能量采集技术，即无线信息与能量同时传输，与无线功率传输不同之处在与无线设备进行能量交互的同时传输信息。SWIPT技术能够同时实现无线IoT网络中的设备持续性供能和有效通信，符合新一代IoT绿色通信的基本要求。新兴的智能反射面(Intelligentreflectingsurface，IRS)技术被认为是B5G/6G通信系统的前景技术之一。IRS是由大量低成本、亚波长结构和独立可控的无源电磁反射元本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于IRS的安全波束成形方法，其特征在于，包括:/nS1：建立基于IRS辅助的SWIPT物联网系统模型；/nS2：联合优化基站发射波束成形矩阵和干扰机协方差矩阵以及IRS相移，构建最大化能量采集的优化问题；/nS3：利用松弛变量、半定松弛法、辅助变量和序列参数凸逼近法将非凸的二次型问题转化为等价的凸问题，提出一种交替迭代优化算法获取原问题的可行解。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于IRS的安全波束成形方法，其特征在于，包括:
S1：建立基于IRS辅助的SWIPT物联网系统模型；
S2：联合优化基站发射波束成形矩阵和干扰机协方差矩阵以及IRS相移，构建最大化能量采集的优化问题；
S3：利用松弛变量、半定松弛法、辅助变量和序列参数凸逼近法将非凸的二次型问题转化为等价的凸问题，提出一种交替迭代优化算法获取原问题的可行解。


2.根据权利要求1所述的一种基于IRS的安全波束成形方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：
建立基于IRS辅助的SWIPT物联网系统，包括一个多天线基站，一个单天线合法IoT设备和一个窃听设备(Eve)。在IRS附近部署一个能量采集器(EHR)采集射频信号的能量。采用一台干扰机发射干扰信号。假设基站和干扰机均配置M根天线，IRS配置N个反射单元。


3.根据权利要求1所述的一种基于IRS的安全波束成形方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
通过联合优化安全发射波束成形矢量、干扰协方差矩阵和IRS相移，实现在基站发射功率，干扰发射功率和IoT可达保密速率约束条件下的EHR的能量采集最大化，其可以表述为









Rs≥Rth(1d)



其中，(1b)表示基站发射功率约束；(1c)表示干扰机发射功率约束；Rth代表保密速率阈值，因此，(1d)表示可达保密速率约束；(1e)表示是IRS反射元件相移约束。


4.根据权利要求1所述的一种基于IRS的安全波束成形方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：
得到的问题公式(1)是一个具有二次型约束的非凸二次型规划问题，很难直接求解。定义和引入松弛变量r1>0和r2>0以及辅助变量利用SPCA技术的思想，将原非凸问题表述为


















V≥0(2g)
rank(V)＝1(2h)
由于组合变量(f1,f2)与V仍然存在耦合，目标函数(2a)仍旧非凸。利用一阶泰勒展开和SDR方法，并提出一种交替迭代优化算法获取原问题的解。


5.一种基于IRS的安全波束成形装置，其特征在于，包括：
模型建立模块，用...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱政宇，孙钢灿，徐金雷，林宇，郝万明，刘沛佳，李双志，郭亚博，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南;41