双智能可重构表面辅助双向方向调制的发射波束成型方法技术

本发明专利技术提供双智能可重构表面辅助双向方向调制的发射波束成型方法，其特征在于，包括下列步骤：S1、设定发射机Alice配有根天线，发射机Bob配备有根天线，被动窃听接收机Eve配有根天线，发射机Alice和发射机Bob工作于全双工模式，并设定RIS反射信号时无时延；S2、分别构建发射机Alice、发射机Bob、被动窃听接收机Eve的信号模型；S3、根据前述信号模型，进行隐私信息波束成型向量设计以及人工噪声发射波束成型向量设计从而实现发射波束成型。型向量设计从而实现发射波束成型。型向量设计从而实现发射波束成型。

【技术实现步骤摘要】
双智能可重构表面辅助双向方向调制的发射波束成型方法


[0001]本专利技术涉及方向调制
，尤其涉及双智能可重构表面辅助双向方向调制的发射波束成型方法。

技术介绍

[0002]方向调制作为物理层安全的一种关键技术，由于其在民用和军事领域具有巨大的应用前景，引起了学术界和工业界的广泛关注。其基本思想如下：在视距信道中，使用发射波束成型和AN来提高系统的安全性能，前者用于沿期望方向增强隐私信息，后者被投影到非期望方向用于恶化Eve的接收性能。随着无线网络的快速发展，设计更低实现成本和能耗的无线传输网络变得日益迫切，由大量小型低成本可重构无源元件组成的RIS即可满足该需求。实际上，RIS是一种无源转发设备，被认为是一种低成本、低能耗的发射中继，其通过智能地调整入射电磁波的相移来重新配置无线传输环境，从而增强所需接收信号的功率或抑制干扰信号。
[0003]为了提高提高传统双向DM网络中Alice和Bob之间的信息交换速率，本专利技术将RIS引入到DM网络中，在视距信道场景下创建有益的可控多径来传输CM，在双RIS辅助的安全方向调制网络中，Alice和Bob同时通过两个RIS交换信息，并通过发送AN来防止Eve窃听CM。实验表明，该系统可显著改善无RIS辅助下传统方向调制网络的安全速率。因此，研究一种双RIS辅助的双向DM通信系统具有重要的意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供双智能可重构表面辅助双向方向调制的发射波束成型方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案实现的：双智能可重构表面辅助双向方向调制的发射波束成型方法，包括下列步骤：
[0006]S1、设定发射机Alice配有N
a
根天线，发射机Bob配备有N
b
根天线，被动窃听接收机Eve配有N
e
根天线，发射机Alice和发射机Bob工作于全双工模式，并设定RIS反射信号时无时延；
[0007]S2、分别构建发射机Alice、发射机Bob、被动窃听接收机Eve的信号模型；
[0008]S3、根据前述信号模型，进行隐私信息波束成型向量设计以及人工噪声发射波束成型向量设计从而实现发射波束成型。
[0009]可选的，分别构建发射机Alice、发射机Bob、被动窃听接收机Eve的信号模型，具体包括：
[0010]设定发射机Alice处的发射信号为：
[0011][0012]设定发射机Alice处的接收信号为：
[0013][0014]设定发射机Bob处的发射信号为：
[0015][0016]设定发射机Bob处的接收信号为：
[0017][0018]设定被动窃听接收机Eve处的接收信号为：
[0019][0020][0021][0022][0023]在前述式子中，P
a
表示发射机Alice处的总发射功率，β1表示发射机Alice处的发射信号中隐私信息的功率分配因子，(1
‑
β1)表示发射机Alice处的发射信号中人工噪声的功率分配因子，v
at
表示发射机Alice中将隐私信息发送到期望用户的波束成型向量，w
a
表示发射机Alice中控制人工噪声方向的波束成型向量，x1为发射机Alice处的隐私信息，满足
[0024]P
b
为发射机Bob处的总发射功率，β2表示发射机Bob处的发射信号中隐私信息的功率分配因子，(1
‑
β2)表示发射机Bob处的发射信号中人工噪声的功率分配因子，v
bt
表示发射机Bob中将隐私信息发送到期望用户的波束成型向量，w
b
表示发射机Bob中控制人工噪声方向的波束成型向量，x2为发射机Bob处的隐私信息，满足
[0025]表示Alice处的接收波束成型向量，表示RIS
‑
1相移矩阵，表示RIS
‑
2相移矩阵，H
a
(Θ1,Θ2)表示Alice处的信道矩阵，表示RIS
‑2→
Alice信道矩阵，表示Bob
→
RIS
‑
1信道矩阵，表示Bob
→
RIS
‑
2信道矩阵，表示Bob
→
Alice信道矩阵，表示Alice
→
RIS
‑1→
Bob信道的路径损失系数，g
ab
表示Alice
→
Bob信道的路径损失系数，n
a
表示为AWGN向量；
[0026]表示发射机Bob处的接收波束成型向量，H
b
(Θ1,Θ2)表示发射机Bob处的信道矩阵，n
b
表示为AWGN向量；
[0027]表示被动窃听接收机Eve处的接收波束成型向量，表示RIS
‑1→
Eve信道，表示RIS
‑2→
Eve信道矩阵，表示Alice
→
RIS
‑
1信道矩阵，表示Alice
→
RIS
‑
2信道矩阵，表示Alice
→
Bob信道矩阵，表示Bob
→
Eve信道矩阵，表示Alice
→
RIS
‑1→
Eve的路径损失系数，表示Alice
→
RIS
‑2→
Eve的路径损失系数，表示Bob
→
RIS
‑1→
Eve的路径损失系数，表示Bob
→
RIS
‑2→
Eve的路径损失系数，g
ae
表示Alice
→
Eve的路径损失指数，g
be
表示Bob
→
Eve的路径损失指数，n
e
表示AWGN向量。
[0028]可选的，基于所构建的发射机Alice、发射机Bob、被动窃听接收机Eve的信号模型，获得相应的可实现速率，并获得相应的SSR表达式，其具体为：
[0029][0030][0031][0032][0033][0034][0035][0036]其可实现的SSR表达式为：R＝max{0,R
a
+R
b
‑
R
e
}。
[0037]式中，R
a
为发射机Alice处的可实现速率，R
b
为发射机Bob处的可实现速率，R
e
为被动窃听接收机Eve处的可实现速率。
[0038]可选的，为了使发射机Alice和发射机Bob发送的信息在RIS处的传输达到平衡，通过优化Θ1与Θ2来构建RIS相移矩阵。
[0039]可选的，进行隐私信息波束成型向量设计以及人工噪声发射波束成型向量设计本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.双智能可重构表面辅助双向方向调制的发射波束成型方法，其特征在于，包括下列步骤：S1、设定发射机Alice配有N
a
根天线，发射机Bob配备有N
b
根天线，被动窃听接收机Eve配有N
e
根天线，发射机Alice和发射机Bob工作于全双工模式，并设定RIS反射信号时无时延；S2、分别构建发射机Alice、发射机Bob、被动窃听接收机Eve的信号模型；S3、根据前述信号模型，进行隐私信息波束成型向量设计以及人工噪声发射波束成型向量设计从而实现发射波束成型。2.根据权利要求1所述的双智能可重构表面辅助双向方向调制的发射波束成型方法，其特征在于，分别构建发射机Alice、发射机Bob、被动窃听接收机Eve的信号模型，具体包括：设定发射机Alice处的发射信号为：设定发射机Alice处的接收信号为：设定发射机Bob处的发射信号为：设定发射机Bob处的接收信号为：设定被动窃听接收机Eve处的接收信号为：设定被动窃听接收机Eve处的接收信号为：设定被动窃听接收机Eve处的接收信号为：设定被动窃听接收机Eve处的接收信号为：在前述式子中，P
a
表示发射机Alice处的总发射功率，β1表示发射机Alice处的发射信号中隐私信息的功率分配因子，(1
‑
β1)表示发射机Alice处的发射信号中人工噪声的功率分配因子，v
at
表示发射机Alice中将隐私信息发送到期望用户的波束成型向量，w
a
表示发射机
Alice中控制人工噪声方向的波束成型向量，x1为发射机Alice处的隐私信息，满足P
b
为发射机Bob处的总发射功率，β2表示发射机Bob处的发射信号中隐私信息的功率分配因子，(1
‑
β2)表示发射机Bob处的发射信号中人工噪声的功率分配因子，v
bt
表示发射机Bob中将隐私信息发送到期望用户的波束成型向量，w
b
表示发射机Bob中控制人工噪声方向的波束成型向量，x2为发射机Bob处的隐私信息，满足为发射机Bob处的隐私信息，满足表示Alice处的接收波束成型向量，表示RIS
‑
1相移矩阵，表示RIS
‑
2相移矩阵，H
a
(Θ1,Θ2)表示Alice处的信道矩阵，表示RIS
‑2→
Alice信道矩阵，表示Bob
→
RIS
‑
1信道矩阵，表示Bob
→
RIS
‑
2信道矩阵，表示Bob
→
Alice信道矩阵，表示Alice
→
RIS
‑1→
Bob信道的路径损失系数，g
ab
表示Alice
→
Bob信道的路径损失系数，n
a
表示为AWGN向量；表示发射机Bob处的接收波束成型向量，H
b
(Θ1,Θ2)表示发射机Bob处的信道矩阵，n
b
表示为AWGN向量；表示被动窃听接收机Eve处的接收波束成型向量，表示RIS
‑1→
Eve信道，表示RIS
‑2→
Eve信道矩阵，表示Alice
→
RIS
‑
1信道矩阵，表示Alice
→
RIS
‑
2信道矩阵，表示Alice
→
Bob信道矩阵，表示Bob
→
Eve信道矩阵，表示Alice
→
RIS
‑1→
Eve的路径损失系数，表示Alice
→
RIS
‑2→
Eve的路径损失系数，表示Bob
→
RIS
‑1→
Eve的路径损失系数，表示Bob
→
RIS
‑2→
Eve的路径损失系数，g
ae
表示Alice
→
Eve的路径损失指数，g
be
表示Bob
→
Eve的路径损失指数，n
e
表示AW...

【专利技术属性】
技术研发人员：董榕恩，束锋，黄梦醒，冯思玲，毋媛媛，滕殷，张旗，王雪辉，孙钟文，占习超，
申请(专利权)人：海南大学，
类型：发明
国别省市：