【技术实现步骤摘要】
RIS辅助的安全无蜂窝大规模MIMO系统能效优化方法
[0001]本专利技术涉及无线通信网络
，具体涉及一种RIS辅助的安全无蜂窝大规模MIMO系统能效优化设计方法。
技术介绍
[0002]在过去的几十年里，多输入多输出(Multiple Input and Multiple Output，MIMO)技术受到了广泛的关注。然而，由于传统的无线通信网络采用蜂窝结构，多小区MIMO系统的性能通常受到小区间干扰的限制。为了解决这个问题，最近提出了一种新的以用户为中心的网络范式—无蜂窝网络。与传统的蜂窝网络设计原则不同，无蜂窝网络采用了以用户为中心的传输设计，即网络中的所有共同为所有用户提供没有小区边界的合作服务。由于各分布式之间的高效协作，有效缓解了小区间干扰，在提高网络频谱和能量效率方面具有很高的潜力。该技术被认为是未来通信系统的潜在候选技术，近年来引起了越来越多的研究兴趣，如资源分配、预编码/波束形成和信道估计。但是，部署大量的分布式会带来较高的成本和功耗，导致能效性能不尽人意。
[0003]幸运的是，被称为可重...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.RIS辅助的安全无蜂窝大规模MIMO系统能效优化方法，其特征在于，RIS辅助的无蜂窝大规模MIMO系统包括一个中央处理单元CPU、M个多天线的AP、K个单天线的合法用户、R个反射单元数为N的可重构智能表面和一个单天线的主动窃听者，具体步骤为：S1、在上行链路训练阶段，所述AP根据合法用户和主动窃听者发送的导频序列进行信道估计，得到该传输数据的信道状态信息和波束系数，并通过回传链路发送给所述中央处理单元CPU；S2、在下行链路传输阶段，所述中央处理单元CPU根据接收到的所述信道状态信息、波束系数和天线之间的空间关系计算合法用户之间以及合法用户和主动窃听者之间的干扰向量，并将所述干扰向量发送给与所述中央处理单元CPU连接的所有AP和可重构智能表面；S3、所述AP根据所述中央处理单元CPU传输来的所述干扰向量以及所述合法用户的传输数据进行功率调整，所述可重构智能表面根据所述中央处理单元CPU传输来的所述干扰向量以及所述合法用户的传输数据进行相位调整，调整完毕后所述AP和可重构智能表面将所述传输数据发送到与该AP和可重构智能表面连接的所有的合法用户和主动窃听者。2.根据权利要求1所述的RIS辅助的安全无蜂窝大规模MIMO系统能效优化方法，其特征在于，S3中，所述接入点根据所述中央处理单元CPU传输来的所述干扰向量以及所述合法用户和主动窃听者的传输数据进行相位调整和功率调整具体步骤为：S3.1、根据所述干扰向量和传输数据设定关于所述AP发送传输信息以及可重构智能表面反射传输信息到所述合法用户及窃听者处的相关约束条件；S3.2、建立所述RIS辅助的安全无蜂窝大规模MIMO系统的总能耗模型；S3.3、将所述相关约束条件、总能耗模型进行结合得到优化问题；S3.4、通过基于优先经验回放的深度确定性策略梯度算法求解所述优化问题，得到所述可重构智能表面的最优相位和AP的最优功率控制系数；S3.5、根据所述最优相位对所述可重构智能表面的相位进行调整，根据所述最优功率控制系数对所述AP的功率进行调整。3.根据权利要求2所述的一种RIS辅助的安全无蜂窝大规模MIMO系统能效优化方法，其特征在于，S3.1中，所述相关约束条件为：C1:C2:C3:R
sec
≥R
th
C4:C5:C6:C1表示系统的回程链路容量不大于最大容量，为回程链路容量约束；C2表示功率控制系数的取值范围；C3表示被窃听的合法用户的保密率不小于最小保密率，用以保证合法用户能够安全通信；C4表示AP的发射总功率控制系数不大于1，为AP的发射功率约束；C5表示每个
合法用户的频谱效率不低于最小频谱效率，用以保证合法用户的通信质量；C6表示可重构智能表面的每个单元的增益幅度为1，为可重构智能表面反射系数的模值特性约束，其中，表示合法用户的频谱效率，τ
c
是相干间隔的长度，τ
p
是导频序列长度；η
mk
表示第m个发射传输信号给第k个用户的功率控制系数；θ
r，n
表示第r个可重构智能表面上的第n个反射单元的反射系数，a
m
≥1表示第m个前传链路传输的数据速率应该是第m个AP总可达速率的a
m
倍，代表第m个AP与CPU之间的回程链路的最大容量，R
sec
表示被窃听用户的保密率，R
th
表示保密率阈值；S
ok
表示最低频谱效率，M表示AP总数量，K表示用户总数量，N表示可重构智能表面中反射元件的总数量。4.根据权利要求3所述的一种RIS辅助的安全无蜂窝大规模MIMO系统能效优化方法，其特征在于，所述RIS辅助的安全无蜂窝大规模MIMO系统的总能耗模型为：其中，P
m
是在第m个A...
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