一种智能反射面辅助安全通信系统的联合优化方法技术方案

本发明专利技术公开一种智能反射面辅助安全通信系统的联合优化方法，属于通信安全领域；一种智能反射面辅助安全通信系统的联合优化方法包括：构建由IRS辅助的安全通信系统和联合优化问题，并将优化问题分解为：基站传输波束形成向量求解、IRS反射矩阵优化以及IRS位置优化三个子问题；利用广义瑞利商，求解基站传输波束形成向量的最优闭式解；将IRS反射矩阵优化问题转化为可处理形式，并用半定松弛法进行求解；基于求解出的基站传输波束形成向量和IRS反射矩阵，并利用基于菌群优化的算法，来优化IRS的位置；从而显著提高了保密速率。从而显著提高了保密速率。从而显著提高了保密速率。

【技术实现步骤摘要】
一种智能反射面辅助安全通信系统的联合优化方法


[0001]本专利技术属于通信安全领域，具体涉及一种智能反射面辅助安全通信系统的联合优化方法。

技术介绍

[0002]近年来，针对物理层安全的传输技术已被深入研究，如协同干扰、人工噪声辅助波束形成和协同中继方案等；然而，对于协同干扰和添加人工噪声的技术，需要额外的功率；此外，大量有功继电器；智能反射面(IRS)作为第六代通信的潜在技术，引起了广泛的关注。
[0003]在无线通信系统中，IRS通常用作中继以辅助传输；与传统的继电器不同，IRS是一种由数字平台控制的无源阵列结构，可以动态调整反射元件，完成波束形成。此外，由于IRS可以通过反射增加合法接收者的信号功率，同时减少窃听者的信号功率，因此已被广泛用于处理物理层安全问题。
[0004]现有的IRS辅助的安全传输系统中，IRS通常部署在固定的地面位置，限制了性能改进；实际上，IRS位置的优化为提高传输性能提供了一个新的自由度，这很少被研究。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种智本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能反射面辅助安全通信系统的联合优化方法，其特征在于，包括以下步骤：构建由IRS辅助的安全通信系统和联合优化问题，并将优化问题分解为：基站传输波束形成向量求解、IRS反射矩阵优化以及IRS位置优化三个子问题；利用广义瑞利商，求解基站传输波束形成向量的最优闭式解；将IRS反射矩阵优化问题转化为可处理形式，并用半定松弛法进行求解；基于求解出的基站传输波束形成向量和IRS反射矩阵，并利用基于菌群优化的算法，来优化IRS的位置。2.根据权利要求1所述的一种智能反射面辅助安全通信系统的联合优化方法，其特征在于，所述安全通信系统包括：具有若干反射元素的IRS，以及具有若干发射天线的基站，基站向User和Eve提供服务。3.根据权利要求1所述的一种智能反射面辅助安全通信系统的联合优化方法，其特征在于，所述优化问题为：式中，[H
min
,H
max
]是IRS的高度范围，P是BS的传输功率，w为传输波束形成向量，Θ为反射矩阵，g为IRS的位置。4.根据权利要求3所述的一种智能反射面辅助安全通信系统的联合优化方法，其特征在于，求解基站传输波束形成向量的最优闭式解的步骤包括：S21，固定问题P1中IRS的位置和反射矩阵，所有的传输功率都被分配给波束形成，即，||w||2＝P，问题P1中，目标函数的分子和分母满足等式：式中，是一个单位矩阵，并且其中，S22，将式(9)代入式(8)，得到一个广义瑞利商：并得到传输波束向量的最优闭式解：
其中，5.根据权利要求3所述的一种智能反射面辅助安全通信系统的联合优化方法，其特征在于，求解IRS反射矩阵的步骤包括：S31，利用给定的IRS位置和传输波束，将反射矩阵问题等价地改写为：S32，令基于v
H
v＝N，问题P2中目标函数的分子与分母为：将(11)代入问题P2，并应用Charnes Cooper转换方法将问题P2转换为：式(12)中，S33，没有秩1约束的问题P3是一个标准的半定规划问题，可以用凸优化工具；当求出的次优解是秩一的，可以采用特征值分解来还原秩一解，当求出的次优解不是秩一时，采用高斯随机化方法来还原秩一解。6.根据权利要求5所述的一种智能反射面辅助安全通信系统的联合优化方法，其特征在于，所述高斯随机化方法先对次优解进行特征值分解，得到：V
opt
＝LΛL
H
其中，L＝[e1,
…
,e
N
]是一个酉矩阵，Λ＝[λ1,
…
,λ
N
]是特征值的向量的对角阵；为了满足恒模约束|v
n
|＝1，IRS的元素取其中，其中，7.根据权利要求3所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张治中，庄玲，朱建月，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：