【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无线通信网络，涉及面向共生无线电的协作干扰辅助的安全通信方法。
技术介绍
1、为了解决认知无线电网络中主要网络和次要网络在频谱共享模型下的干扰影响和内部频谱感知功能导致的额外能量消耗等问题约束，出现了共生无线电技术，也被称为认知反向散射通信技术，它结合了认知无线电和环境反向散射通信的优点，成为一种有希望解决认知无线电约束的技术。
2、在共生无线电网络中，次用户基站通过反向散射调制的主信号来发送自己的信息，消除了主要网络和次要网络之间的干扰影响，降低了能量消耗。然而，由于“双衰落”的影响，使得在窃听场景下，由于单一的被动智能反射表面辅助的共生无线电系统所实现的保密性能不显著，不能满足安全传输的需求，使得信息传输安全和隐私保护面临挑战。目前，现有的技术中还没有关于智能反射表面推动的协作干扰辅助的共生无线电系统中，存在窃听者的情况下信息安全传输的解决方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供面向共生无线电的协作干扰辅助的安全通信方法，解决了现有技术在存在窃听者的情况下，不能安全传输信息的问题。
2、本专利技术所采用的技术方案是，面向共生无线电的协作干扰辅助的安全通信方法，具体按照以下步骤实施：
3、步骤1：构建智能反射表面推动的协作干扰辅助的共生无线电系统模型，系统模型包括多天线主用户基站、单天线主用户、单天线次级用户、单天线窃听者、智能反射表面i和智能反射表面ii；
4、步骤2：获取主用户基站、智能反射表面i、智能反射
5、步骤3：根据步骤2获取的数据计算主用户信息传输安全率；
6、步骤4：以主用户信息传输安全率最大化为目的，优化主用户基站的波束成型矢量、智能反射表面i和智能反射表面ii的反射系数矩阵。
7、本专利技术的特点还在于：
8、步骤1中：主用户基站、主用户和窃听者构成主网络，智能反射表面i、智能反射表面ii作为次用户基站和次级用户构成次级网络；
9、主用户基站发射波束成型信号分别到单天线主用户、单天线次级用户、智能反射表面i和智能反射表面ii，智能反射表面i反射调制后的秘密信号到单天线主用户和单天线次级用户，智能反射表面ii反射调制后的干扰信号到窃听者、单天线主用户和单天线次级用户，窃听者窃听主用户基站发射的秘密信号；
10、智能反射表面i和智能反射表面ii可以协同工作；
11、主用户基站配备有n个天线，智能反射表面i和智能反射表面ii均配备有m个反射元素。
12、步骤2具体为：获取从主用户基站到智能反射表面的信道从主用户基站到主用户的信道从主用户基站到次级用户的信道从主用户基站到窃听者的信道从智能反射表面i到主用户的信道从智能反射表面i到次级用户的信道从智能反射表面i到窃听者的信道从智能反射表面ii到主用户的信道从智能反射表面ii次级用户的信道从智能反射表面ii窃听者的信道其中，表示m×n的矩阵，表示1×n的矩阵，表示1×m的矩阵。
13、步骤3具体为：
14、在一个符号周期中，主用户接收到的第l个信号yu(l)为：
15、
16、其中，w表示主用户基站的波束成型矢量，s(l)表示秘密信号，j(l)表示干扰信号，nu(l)为主用户的接收噪声，表示信号集，φ1表示智能反射表面i的反射系数矩阵，φ2表示智能反射表面ii的反射系数矩阵，表示为表示为信号反射，表示为信号调制，βm表示智能反射表面的反射元素的振幅，θ2表示智能反射表面的反射元素的相移，
17、次级用户接收到的第l个信号ys(l)为：
18、
19、其中，ns(l)为次级用户的接收噪声，
20、窃听者接收到的第l个信号ye(l)为：
21、
22、其中，ne(l)为窃听者的接收噪声，
23、主用户解码接收信号yu(l)的信噪比为：
24、
25、其中，σu2表示主用户处的噪声功率，
26、次级用户解码接收信号ys(l)的信噪比为：
27、
28、其中，σs2表示次级用户处的噪声功率，
29、窃听者解码接收信号ye(l)的信噪比为：
30、
31、其中，σe2表示窃听者处的噪声功率，
32、获得主用户信息传输安全率rp,e为：
33、
34、其中，[]+表示取非负数。
35、步骤4具体为：
36、联合优化主用户基站的波束成型矢量、智能反射表面i和智能反射表面ii的反射系数矩阵，建立求解主用户信息传输安全率最大化问题p1，主用户信息传输安全率最大化问题p1表示为：
37、
38、其中，pt表示主用户基站的最大传输功率，表示智能反射表面的反射元素集合，
39、通过交替优化算法对主用户信息传输安全率最大化问题p1进行求解，具体包括以下步骤：
40、步骤4.1：固定φ1和φ2，通过半正定松弛法和特征值分解法求解问题获得w的最优解w*；
41、步骤4.2：固定w*和φ2，通过半正定松弛法和mm算法进行优化，得到φ1的最优解φ1*；
42、步骤4.3：固定w*和φ1*，通过半正定松弛法和mm算法进行优化，得到φ2的最优解φ2*；
43、步骤4.4：重复步骤4.1-步骤4.3直至目标函数收敛，得到最终优化问题的最优解w*、φ1*和φ2*。
44、步骤4.1具体为：
45、步骤4.1.1：当φ1和φ2固定时，优化w的子问题转化为问题p2：
46、
47、其中，由于问题的单调性省略对数，hp＝hp,u+gi,uφ1g，he＝hp,e+gi,eφ1g；
48、步骤4.1.2：通过半正定松弛法将问题p2转换成问题p3：
49、
50、问题p3是一个带有凸限制的准凹问题，其中，s＝wwh，忽略s秩为一的条件，tr表示求矩阵迹运算，上标h表示共轭转置；
51、步骤4.1.3：令通过应用cct算法，问题p3等价转化为问题p4：
52、
53、问题p4是一个凸优化问题，通过cvx工具求解p4，用s*表示求解p4得到的值；
54、步骤4.1.4：通过特征值分解法从s*中得到w的最优解w*，即：
55、
56、其中，表示二范式运算，解得vs表示s*的最大特征值，v表示vs对应的特征向量。
57、步骤4.2具体为：
58、步骤4.2.1：定义v1为v2为表示一个m×1的向量，φ1表示反射矩阵φ1中的对角元素，φ2表示反射矩阵φ2中的对角元素，当固定w*和φ2后，优化φ1的问题转换为问题p5：
59、
60、其中，i表示智能反射表面i的某个元素，gi,本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.面向共生无线电的协作干扰辅助的安全通信方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
2.根据权利要求1所述的面向共生无线电的协作干扰辅助的安全通信方法，其特征在于，所述步骤1中：
3.根据权利要求2所述的面向共生无线电的协作干扰辅助的安全通信方法，其特征在于，所述步骤2具体为：
4.根据权利要求3所述的面向共生无线电的协作干扰辅助的安全通信方法，其特征在于，所述步骤3具体为：
5.根据权利要求4所述的面向共生无线电的协作干扰辅助的安全通信方法，其特征在于，所述步骤4具体为：
6.根据权利要求5所述的面向共生无线电的协作干扰辅助的安全通信方法，其特征在于，所述步骤4.1具体为：
7.根据权利要求6所述的面向共生无线电的协作干扰辅助的安全通信方法，其特征在于，所述步骤4.2具体为：
8.根据权利要求7所述的面向共生无线电的协作干扰辅助的安全通信方法，其特征在于，所述步骤4.2.2中使用MM算法优化P6的具体方法如下：
9.根据权利要求7所述的面向共生无线电的协作干扰辅助的安全通信方法，其特
10.根据权利要求9所述的面向共生无线电的协作干扰辅助的安全通信方法，其特征在于，所述步骤4.3.2中使用MM算法优化P9的具体方法为：
...【技术特征摘要】
1.面向共生无线电的协作干扰辅助的安全通信方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
2.根据权利要求1所述的面向共生无线电的协作干扰辅助的安全通信方法，其特征在于，所述步骤1中：
3.根据权利要求2所述的面向共生无线电的协作干扰辅助的安全通信方法，其特征在于，所述步骤2具体为：
4.根据权利要求3所述的面向共生无线电的协作干扰辅助的安全通信方法，其特征在于，所述步骤3具体为：
5.根据权利要求4所述的面向共生无线电的协作干扰辅助的安全通信方法，其特征在于，所述步骤4具体为：
6.根据权利要求5所述的面向共生无线电的协作干扰...
【专利技术属性】
技术研发人员：温营坤，王峰栓，李军怀，王侃，王怀军，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：
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