一种RIS辅助MIMO的隐蔽通信方法技术

本发明专利技术公开的一种RIS辅助MIMO的隐蔽通信方法，属于无线通信领域。本发明专利技术通过以接收机最小信噪比最大化为优化目标，保证多用户通信系统中的最差接收机Bob也能得到最大信噪比，进而使多用户隐蔽通信系统在保证隐蔽通信的情况下每个接收机Bob均能够实现有效接收。通过Alice发射功率约束CR1保证信号发射机的有效发射，通过RIS恒模约束CR2保证信号的反射；通过隐蔽通信约束CR3在存在噪声不确定性的的情况下仍能够保证所述多用户隐蔽通信系统实现隐蔽通信。本发明专利技术通过将排序算法、交替优化双循环转化交替优化单循环，联合优化非凸化后的多用户隐蔽通信系统优化问题，提高多用户隐蔽通信系统优化效率，确保存在噪声不确定性的情况下仍能够可靠隐蔽通信。情况下仍能够可靠隐蔽通信。情况下仍能够可靠隐蔽通信。

【技术实现步骤摘要】
一种RIS辅助MIMO的隐蔽通信方法


[0001]本专利技术涉及一种RIS辅助MIMO的隐蔽通信方法，属于无线通信领域。

技术介绍

[0002]随着无线通信技术的飞速发展，第六代移动网络(6G)逐渐成为现代移动通信的主要发展方向。2019年全球首份6G白皮书《6G无线系统的愿景:应用、趋势、技术和开放研究问题》定义，6G的峰值通信速度将比5G高10
‑
100倍，并需要实现超高可靠性。同时，开放的无线通信中有大量的机密和敏感数据，这就保证了可靠的安全性，往往要求通信本身不被检测到。换句话说，在一个无线通信系统中，我们需要保证接收端能够有效地接收到发送端发送的信号，而其他非法端不能知道他们的信息传输活动。因此，高可靠性传输的信息基础设施建设，即隐蔽通信技术起着至关重要的作用。可重构智能表面(Reconfigurable intelligent surface，RIS)技术可以理解为无源相控阵。它采用了特殊的物理架构重构其反射电磁波，从而可以显著提高无线通信系统的空间复用增益和空间分集增益。首先，RIS是一种无源设备，不需要任何其他不确定性来源，如发射器的任意发射功率或监视器的噪声不确定性。因此，它通常比现有的隐蔽通信方法更直接、更经济。此外，RIS易于部署，易于拆卸，易于集成。此外，RIS可灵活地应用于不同的系统终端上，可有效提高无线通信网络的通信可靠性和有效性，将隐蔽通信与新兴技术完美融合。当系统中没有直接路径或直接路径信号较弱时，即非Los信道。为了实现从发射机到接收机的有效传输，需要更高的功率。增加的容量将进一步增加暴露的可能性，降低隐蔽性能。在系统中增加RIS可以在不增加发射机功率的情况下提高传输信道质量，整体功耗也较低。在这种情况下，有效地提高了系统的隐蔽性能。此外，即使采用直接路径部署，RIS也可以通过收益和成本之间的权衡有效地提高信道性能。与使用简单物理层安全优化的隐蔽通信相比，基于RIS的物联网隐蔽通信系统可以通过增强同方向的预期信号和取消对意外接收者的呼叫来隐藏通信链路。此外，基于RIS的通信系统的隐蔽性能不依赖于对手的能力。此外，它还可以与以前的技术结合使用，或作为一种补充解决方案。然而，随着6G系统的逐渐广泛应用和用户数量的显著增加，单输入单输出的系统结构浪费了大量资源。多用户网络可以创造更多的容量，从而使系统能够有效地增加，客户可以获得更多的好处。此外，6G作为一个智能互联系统，必须面对资源约束环境下多用户协同优化的挑战。此外，需要研究在考虑多用户场景下基于RIS的隐蔽通信问题。

技术实现思路

[0003]针对现有MIMO的隐蔽通信方法存在的下述技术缺陷：(一)多用户网络构建及资源约束环境下多用户协同优化的问题；(二)传统基于RIS的隐蔽通信系统中计算复杂度较高和资源利用率较差的不足。本专利技术的主要目的是提供一种RIS辅助MIMO的隐蔽通信方法，利于RIS的独特性能，在由单天线发射机Alice、多个接收器Bob和一个接收器Willie组成的多用户隐蔽通信中增加RIS模块，以接收机最小信噪比最大化为目标，约束条件包括Alice发
射功率约束CR1、RIS恒模约束CR2和步骤四隐蔽通信约束CR3条件，构建多用户隐蔽通信系统优化问题。通过以接收机最小信噪比最大化为优化目标，保证多用户通信系统中的最差接收机Bob也能得到最大信噪比，进而使多用户隐蔽通信系统在保证隐蔽通信的情况下每个接收机Bob均能够实现有效接收。通过Alice发射功率约束CR1保证信号发射机的有效发射，通过RIS恒模约束CR2保证信号的反射；通过隐蔽通信约束CR3在存在噪声不确定性的的情况下仍能够保证所述多用户隐蔽通信系统实现隐蔽通信。
[0004]本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。
[0005]本专利技术公开的一种RIS辅助MIMO的隐蔽通信方法，包括如下步骤：
[0006]步骤一：构建主要由单天线发射机Alice、RIS、多个接收器Bobs和一个接收器Willie组成的多用户隐蔽通信系统，单天线发射机Alice用于发射信号；RIS用于反射信号；Bob和Willie共同接收通过Alice发射及RIS反射的信号。其中，通过Willie检测Alice是否正在发送有用信号。
[0007]步骤二：单天线发射机Alice通过无线通信发射广播信号，调制基带信号到载波信号上。所述广播信号在H0时刻为无数据，在H1时刻波束承载数据，载波数据满足功率约束条件，所述功率约束条件指单天线发射机Alice当前时刻总功率小于固定约束功率。
[0008]所述发送广播信号表示为
[0009][0010]其中：信号用s
b
～CN(0,1)表示，H0是没有数据从Alice转换到Bobs的时间，而H1是Alice向Bobs发送数据的周期。是满足发射功率约束要求的波束形成数据。
[0011]步骤三：Bob接收机接收单天线发射机Alice发送广播信号和通过RIS反射的信号。
[0012]所述第k个接收机Bob接受到的信号表示为
[0013][0014]其中：是Bob接受到的噪声。
[0015]步骤四：Willie接收机接收Alice发送广播信号和通过RIS反射的信号，Willie接收机通过检测接收到的信号来构建二元假设模型并确定Alice是否发送信号，即通过二元假设模型使Willie对于发射机Alice发送信号的检测概率低于固定值。
[0016]Willie接收到的信号表示如公式(3)所示，若Willie未接收到信号，判定Alice发送广播信号实现隐蔽传输。
[0017][0018]其中：是Willie接受到的噪声。
[0019]由于无线通信环境的变化会导致噪声的不确定性，因此采用有界不确定性模型定义Willie的总检测错误率如公式(5)所示，通过所述Willie的检测错误率表征无线通信环
境的变化导致的噪声不确定性。
[0020]在所述有界不确定性模型中，二进制D1和D0分别推断Alice的传输是否发生，精确的噪声功率位于标称噪声功率附近的有限范围内。的概率密度函数(pdf)为
[0021][0022]其中：
[0023]在中均匀分布，其中ρ
j
是量化不确定性大小的参数。
[0024]在隐蔽通信中，采用F+M≥1
‑
ε作为隐蔽性约束，其中F为虚警，M为漏检率，ε为确定所需的隐蔽性水平的小值。Willie的检测性能通常用检测误差概率来衡量。虚警率和漏报率两部分之和应大于预先设定的阈值。Willie检测到信号传输但实际没有信号，而当Alice和Bob之间的实际信息转换时，Willie检测到非信号传输。根据隐蔽性约束F+M≥1
‑
ε得到总检测错误率显示如公式(5)所示
[0025][0026][0027]其中：τ是检测阈值，A是Willie收到的能量。
[0028]通过如公式(5)所示的检验Willie的二元假设，使Willie对于发射机Alice本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种RIS辅助MIMO的隐蔽通信方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一：构建主要由单天线发射机Alice、RIS、多个接收器Bobs和一个接收器Willie组成的多用户隐蔽通信系统，单天线发射机Alice用于发射信号；RIS用于反射信号；Bob和Willie共同接收通过Alice发射及RIS反射的信号；其中，通过Willie检测Alice是否正在发送有用信号；步骤二：单天线发射机Alice通过无线通信发射广播信号，调制基带信号到载波信号上；所述广播信号在H0时刻为无数据，在H1时刻波束承载数据，载波数据满足功率约束条件，所述功率约束条件指单天线发射机Alice当前时刻总功率小于固定约束功率；步骤三：Bob接收机接收单天线发射机Alice发送广播信号和通过RIS反射的信号；步骤四：Willie接收机接收Alice发送广播信号和通过RIS反射的信号，Willie接收机通过检测接收到的信号来构建二元假设模型并确定Alice是否发送信号，即通过二元假设模型使Willie对于发射机Alice发送信号的检测概率低于固定值；步骤五：针对RIS辅助MIMO的隐蔽通信系统，以接收机最小信噪比最大化为目标，约束条件包括Alice发射功率约束CR1、RIS恒模约束CR2和步骤四隐蔽通信约束CR3条件，构建多用户隐蔽通信系统优化问题；通过以接收机最小信噪比最大化为优化目标，保证多用户通信系统中的最差接收机Bob也能得到最大信噪比，进而使多用户隐蔽通信系统在保证隐蔽通信的情况下每个接收机Bob均能够实现有效接收；通过Alice发射功率约束CR1保证信号发射机的有效发射，通过RIS恒模约束CR2保证信号的反射；通过隐蔽通信约束CR3在存在噪声不确定性的情况下仍能够保证所述多用户隐蔽通信系统实现隐蔽通信；步骤六：根据Jensen不等式，在考虑限制条件时，RIS恒模约束CR2和步骤四隐蔽通信约束CR3为难以直接求解的非凸问题；通过将排序算法、交替优化双循环转化交替优化单循环，进而将步骤五构建的多用户隐蔽通信系统优化问题中非凸函数转化为凸函数，联合优化非凸化后的多用户隐蔽通信系统优化问题，显著降低多用户隐蔽通信系统优化的复杂度，进而提高多用户隐蔽通信系统优化效率，提升多用户隐蔽通信系统的实时性，确保多用户隐蔽通信系统在在噪声不确定性的情况下仍能够可靠隐蔽通信。2.如权利要求1所述的一种RIS辅助MIMO的隐蔽通信方法，其特征在于：所述发送广播信号表示为其中：信号用s
b
～CN(0,1)表示，H0是没有数据从Alice转换到Bobs的时间，而H1是Alice向Bobs发送数据的周期；是满足发射功率约束要求的波束形成数据。3.如权利要求2所述的一种RIS辅助MIMO的隐蔽通信方法，其特征在于：所述第k个接收机Bob接受到的信号表示为其中：是Bob接受到的噪声。
4.如权利要求3所述的一种RIS辅助MIMO的隐蔽通信方法，其特征在于：Willie接收到的信号表示如公式(3)所示，若Willie未接收到信号，判定Alice发送广播信号实现隐蔽传输；其中：是Willie接受到的噪声；由于无线通信环境的变化会导致噪声的不确定性，因此采用有界不确定性模型定义Willie的总检测错误率如公式(5)所示，通过所述Willie的检测错误率表征无线通信环境的变化导致的噪声不确定性；在所述有界不确定性模型中，二进制D1和D0分别推断Alice的传输是否发生，精确的噪声功率位于标称噪声功率附近的有限范围内；的概率密度函数(pdf)为其中：在中均匀分布，其中ρ
j
是量化不确定性大小的参数；在隐蔽通信中，采用F+M≥1
‑
ε作为隐蔽性约束，其中F为虚警，M为漏检率，ε为确定所需的隐蔽性水平的小值；Willie的检测性能通常用检测...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨梓艺，伍泓历，邓宇凡，周靖凯，陈俊沅，颜嘉楚，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：