一种基于伪噪声的智能反射面系统的安全通信方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于伪噪声的智能反射面系统的安全通信方法,包括：基站获得合法用户的统计信道状态信息，并根据该信道信息设计发射预编码矩阵和伪噪声矩阵；基站由相应的预编码矩阵和伪噪声矩阵计算系统遍历安全速率的下界，并通过硬件链路传送给智能反射面；最后基站和智能反射面交替优化发射端伪噪声功率分配因子和反射相移波束，直至安全速率收敛。本发明专利技术中伪噪声功率分配因子和反射相移波束的优化只依赖于合法用户的统计信道信息，适用于无法获取窃听者信道状态信息的场景，提高了系统的安全性能。了系统的安全性能。了系统的安全性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于伪噪声的智能反射面系统的安全通信方法


[0001]本专利技术涉及无线通信安全领域，特别是涉及一种基于伪噪声的智能反射面系统的安全通信方法。

技术介绍

[0002]智能反射表面(IRS)配备大量无源反射原件，对入射信号实时处理，从而改变一对或多对发射器和接收器之间的无线信道，使其更有利于通信。由于IRS不需要连接射频链路，可以密集地部署在无线网络中，因此是未来可持续容量增长的可扩展解决方案之一。特别地，IRS辅助的物理层安全通信中，被IRS反射的信号可以通过调整可编程表面设计为相长干涉的，以提高合法用户的接收信号功率；同时相消干涉的，以降低窃听者的接收信号功率。
[0003]很多之前的工作考虑瞬时信道状态信息，采用交替优化发射端信号预编码、伪噪声(AN)矩阵和IRS反射波束的方法。然而，由于IRS配备大量的无源反射元件，信道状态信息难以获取且信道估计开销巨大。此外，有部分工作考虑统计信道状态信息，联合优化发射端预编码和IRS反射相移波束，大大降低了计算复杂度。然而，在实际系统中，基站难以获取被动窃听者的信道状态信息，此时安全通信将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于伪噪声的智能反射面系统的安全通信方法，其特征在于，所述安全通信方法包括如下步骤：步骤S1、构建基于伪噪声的智能反射面系统，其包括：一个配置M根天线的基站，一个配置N个反射单元的阵面，一个单天线的合法用户，以及一个配置M
E
根天线的窃听者；其中，所述窃听者对基站传输给合法用户的信号进行窃听且不被发现，所述基站的发射功率设为P，定义ξ∈(0,1]为信号、伪噪声功率分配因子，则基站发射的有用信号功率表示为ξP，伪噪声功率表示为(1
‑
ξ)P，其中，该有用信号和伪噪声分别为1维和M
‑
1维向量，其元素服从均值为0，方差为1的复高斯分布；步骤S2、所述基站首先根据其已知的合法用户的信道，将该合法用户的信道矩阵的零空间作为伪噪声的预编码矩阵，然后将该信道矩阵进行归一化作为有效信号的预编码矩阵，最后根据得到的伪噪声的预编码矩阵以及有效信号的预编码矩阵，计算下行遍历安全速率的闭合表达式，构建初始优化问题；步骤S3、针对步骤S2中构建的初始优化问题，进行迭代求解，并且在每一次迭代中，基站根据遍历安全速率设计最优的伪噪声分配因子，智能反射面根据遍历安全速率来设计反射相移波束，两者交替进行，直至系统的安全速率收敛后，分别得到最优的伪噪声分配因子和反射相移波束。2.根据权利要求1所述的一种基于伪噪声的智能反射面系统的安全通信方法，其特征在于，在所述步骤S2中，基站与智能反射面之间的信道表示为H1，是M
×
N维矩阵，智能反射面的相移矩阵为其中θ
i
表示第i个反射元件的相移,i＝1,2,...,N，α表示幅度反射系数；智能反射面与合法用户之间的信道表示为智能反射面与窃听者之间的信道表示为是M
E
×
N维矩阵，其中β2和β3代表信道的大尺度衰落，R
I,B
，和R
I,E
是信道相关矩阵，g
B
和G
E
代表信道的小尺度衰落，其元素服从均值为0，方差为1的复高斯分布；基站到合法用户和窃听者的等效信道分别表示为基站到合法用户和窃听者的等效信道分别表示为其中，伪噪声预编码矩阵V满足h
B
V＝0，有效信号预编码矩阵满足w＝h
B
/||h
B
||。3.根据权利要求2所述的一种基于伪噪声的智能反射面系统的安全通信方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述下行遍历安全速率的闭合表达式，其表示为：在该公式中，tr(
·
)表示矩阵的迹，是基站到合法用户的信道...

【专利技术属性】
技术研发人员：许威，杨丹，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：