面向三维场景的智能反射面辅助的安全精准无线传输方法技术

本发明专利技术公开了面向三维场景的智能反射面辅助的安全精准无线传输方法，涉及无线通信技术领域；该方法包括如下步骤：构建多RIS辅助SPWT的通信系统模型；推导由Alice经过RIS到Bob的接收信号；构建优化问题；优化问题简化；求解优化问题；本发明专利技术解决了当直射路径被障碍物阻挡时，考虑从发射机到接收机的直射路径信道不可用，利用多个RIS实现通过发射机、RIS和接收机之间的反射路径来实现SPWT，同时提高通信性能和能源效率。信性能和能源效率。信性能和能源效率。

【技术实现步骤摘要】
面向三维场景的智能反射面辅助的安全精准无线传输方法


[0001]本专利技术属于无线通信
，尤其涉及面向三维场景的智能反射面辅助的安全精准无线传输方法。

技术介绍

[0002]智能反射面(RIS)是一种新兴的通信技术，用于增强无线信号的覆盖范围和质量。它通过使用可调节的被动反射面来改变信号的传播环境，从而实现对信号的定向和聚焦。智能反射面由大量可重构单元组成，这些单元可以根据接收器、发射器和环境条件的信息进行调整。通过改变反射面的相位和振幅，智能反射面可以对来自发射器的信号进行精确的控制，可以将信号反射到特定的方向或区域，同时抑制干扰和多径效应，提高信号的强度和质量。
[0003]安全精准无线传输(SPWT)通常应用于视距(LOS)信道场景，如无人机通信、郊区移动通信和卫星通信。然而，发射机到接收机的直接路径可能会被一些障碍物(如高楼、山地和树木)阻挡。这意味着发射机(Alice)和接收机(Bob)之间的LOS信道可能不可用。
[0004]因此，引入了智能反射面(RIS)技术来实现SPWT，它可以反射保密信号并提供额外的传输本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.面向三维场景的智能反射面辅助的安全精准无线传输方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、构建多RIS辅助SPWT的通信系统模型：选取以Alice、Bob和RIS为通信系统模型的实体研究对象；S2、推导由Alice经过RIS到Bob的接收信号：根据RIS的位置信息构建信道模型，并推导出Bob关于自身位置坐标信息的接收信号表达式；S3、构建优化问题：在单用户场景下，通过优化Alice中的波束成形和RIS的反射相移来实现SPWT，利用给定的功率分配因子α来构建最大化Bob处SINR的优化问题；S4、优化问题简化：针对S3中所构建的优化问题，通过分别固定Θ和(v，w)，将优化问题拆分成两个优化问题，并进行简化；S5、求解优化问题：基于S4中化简后的优化问题进行求解，通过交替优化，在有限次迭代内得到最优v和Θ
k
，并根据最优的v推导得出最优的w。2.根据权利要求1所述的面向三维场景的智能反射面辅助的安全精准无线传输方法，其特征在于，所述S1中通信系统模型包括Alice、Bob和RIS；其中，Alice为发射机，Bob为接收机，RIS为智能反射面；所述通信系统模型具有K个RIS，所有RIS都垂直于地面，同时Alice和Bob在地面上的高度相同；所述通信系统模型中，从Alice到RIS和RIS到Bob的信道是视距信道，而Alice到Bob的直接路径信道不可用。3.根据权利要求2所述的面向三维场景的智能反射面辅助的安全精准无线传输方法，其特征在于，所述通信系统模型中，假设以Alice的第一根天线为参考天线，且以该参考天线为原点，将Alice的矩形天线阵列的行和列分别视为X轴和Y轴，以此建立一个直角坐标系；Bob和第k个RIS的位置分别表示为(x
B
，y
B
，0)和(x
Ik
，y
Ik
，g
k
)；根据Bob和第k个RIS的位置坐标信息，通过三角函数运算将方位角和俯仰角表示为：根据Bob和第k个RIS的位置坐标信息，通过三角函数运算将方位角和俯仰角表示为：根据Bob和第k个RIS的位置坐标信息，通过三角函数运算将方位角和俯仰角表示为：根据Bob和第k个RIS的位置坐标信息，通过三角函数运算将方位角和俯仰角表示为：其中，和分别表示Alice和第k个RIS之间的方位角和俯仰角；和分别表示Bob和第k个RIS之间的方位角和俯仰角；从Alice到第k个RIS的距离和从第k个RIS到Bob的距离表示为：表示为：
4.根据权利要求1
‑
3任一所述的面向三维场景的智能反射面辅助的安全精准无线传输方法，其特征在于，所述S2中推导由Alice经过RIS到Bob的接收信号，具体包括以下内容：S201、推导Alice到第k个RIS之间的信道导向向量，即信道模型；S202、推导第k个RIS到Bob之间的信道导向向量，即信道模型；S203、推导出Bob关于自身位置坐标信息的接收信号表达式。5.根据权利要求3所述的面向三维场景的智能反射面辅助的安全精准无线传输方法，其特征在于，所述S201中推导Alice到第k个RIS之间的信道导向向量，具体包括以下内容：Alice中使用随机子载波选择技术，分配给Alice的矩形天线阵列第n个元素的子载波频率为：f
n
＝f
c
+η
n
Δf，
ꢀꢀꢀꢀ
(7)其中，f
c
表示参考频率，Δf表示子信道带宽，η
n
∈{0，1，...，N
s
‑
1}表示所选子载波索引；总带宽B＝N
s
Δf；假设总带宽远小于参考频率，即N
s
Δf＜＜f
c
；因此，Alice的参考元素接收到的信号相位表示为：其中，Alice的参考元素为使用参考频率f
c
的第一个元素；c为光速，r
A
表示Alice和接收器之间的距离，接收器为任意RIS或Bob；同样，来自Alice的第n个元素的接收信号的相位表示为：其中，Alice的第n个元素是指第n
r
行和第n
c
列元素；β
A
表示接收器与Alice的矩形天线阵列的列之间的角度，γ
A
是接收器和Alice矩形天线阵列的行之间的角度，分别表示为：是接收器和Alice矩形天线阵列的行之间的角度，分别表示为：其中，和θ
A
分别是接收器与Alice相关的俯仰角和方位角；Alice处的第n
r
行和第n
c
列天线阵元相对于参考天线的相移由下式给出：因此，从Alice到特定位置的归一化导向向量由下式给出：6.根据权利要求5所述的面向三维场景的智能反射面辅助的安全精准无线传输方法，其特征在于，所述S202中推导第k个RIS到Bob之间的信道导向向量，具体包括以下内容：第k个RIS的第m
r
行和第m
c
列天线处的反射信号相对于参考天线的相移由下式给出：其中，表示反射信号频...

【专利技术属性】
技术研发人员：左罕丹，周小波，辜丽川，焦俊，夏桂阳，
申请(专利权)人：安徽农业大学，
类型：发明
国别省市：