[發明專利]一種MIMOME系統及其安全速率優化方法

在審

• 申請號: 202010743750.3
• 申請日: 2020-07-29
• 公開（公告）號: CN111787558A
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 蔣衛恒;陳泊霖;張瑜;喻莞芯;鄔小剛;馮文江
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H04W24/02
• 分類號: H04W24/02;H04W24/06;H04B7/0413
• 代理公司: 重慶敏創專利代理事務所(普通合伙) 50253
• 代理人: 陳千

本發明涉及無線通信技術領域，具體公開了一種MIMOME系統及其安全速率優化方法，所述系統基于智能反射表面(IRS)，所述方法應用于該系統，采用連續凸近似的發射協方差矩陣優化算法和基于塊協調下降的智能反射表面反射系數優化算法，聯合優化接入點的發射協方差矩陣和智能反射表面的反射系數，可使接入點的發射功率均衡地分配給各發射天線并控制IRS選擇合理的反射相位，進而使MIMOME系統的安全速率最大，即是使授權用戶的接收信號功率增大，相應的信號速率增大，使竊聽者的接受信號功率減小，相應的信號速率減小，從而能在不顯著增加系統部署成本前提下，最大程度地節省頻譜資源和傳輸能量，還能保證MIMOME系統的安全性。且本方法收斂速度快、復雜度低，易實現。

技術領域

本發明涉及無線通信技術領域，尤其涉及一種MIMOME系統及其安全速率優化方法。

背景技術

伴隨著第五代移動通信(5G)技術逐漸成熟并走向商用，開展后5G時代(beyond5G,B5G)/第六代移動通信(6G)技術研究已成為國內外科研院所和ICT企業關注的焦點。在此之前：

一方面，為滿足5G大帶寬、低時延與大連接等應用需求，大規模MIMO、超密集網絡(ultra-dense network,UDN)等關鍵傳輸與網絡技術被提出并得到深入研究。然而，分析結果表明，盡管這些技術可以帶來頻譜效率顯著提升，但難以滿足網絡規模化擴展的能量和成本效率指標。譬如，UDN通過密集部署基站來提高用戶速率和設備連接密度，但密集基站部署將顯著增加系統部署成本和能耗。大規模MIMO通過增加設備RF鏈路來成倍提高網絡容量但系統面臨RF鏈路高成本和信號處理復雜問題，而以模數混合波束賦形、低精度采樣為代表的技術可以降低系統成本但將導致性能損失；

另一方面，針對B5G/6G仍將面臨連接速率需求與連接密度的持續增長以及更嚴苛的應用時延約束，此時如何進一步降低網絡部署成本，同時提高無線通信頻譜與能量效率，仍將是一個挑戰。

發明內容

本發明提供一種MIMOME系統的及其安全速率優化方法，解決的技術問題是，現有無線網絡傳輸系統無法在連接速率需求與連接密度的持續增長以及更嚴苛的應用時延約束下，進一步降低網絡部署成本，同時提高無線通信頻譜與能量效率。

為解決以上技術問題，本發明提供一種MIMOME系統，至少包括一個排布有多個反射單元的智能反射表面、一個多天線的接入點、一個多天線的授權用戶、一個多天線的竊聽者，所述智能反射表面安裝在所述授權用戶周圍，所述授權用戶、所述竊聽者與所述接入點、所述智能反射表面之間有傳輸信道，所述接入點與所述智能反射表面之間也有傳輸信道。

本系統基于可編程超表面構建智能反射表面并應用于無線通信網絡，可以實現無線環境的可編程性，從而能在不顯著增加系統部署成本前提下，最大程度地節省頻譜資源和傳輸能量，還能保證MIMOME系統的安全性。

本發明還提供一種MIMOME系統的安全速率優化方法，基于本發明提供的MIMOME系統，包括步驟：

S1.根據基于連續凸近似的發射協方差矩陣優化算法，在預設的標準范圍內，計算所述智能反射表面的一給定反射系數、所述接入點的一給定發射協方差矩陣下對應的發射協方差矩陣解；

S2.根據基于塊協調下降的智能反射表面反射系數優化算法，在預設的標準范圍內，計算所述發射協方差矩陣解下的所述智能反射表面的反射系數解。

進一步地，所述步驟S1具體包括：

S11.初始化：令n＝0，所述給定發射協方差矩陣的初始發射協方差矩陣第一誤差精度ε₁＞0；

S12.在所述初始發射協方差矩陣所述給定反射系數下，求解優化模型，得到發射協方差矩陣中間解所述優化模型為：

而，