[發明專利]基于隨機頻率陣列和智能反射面的無線安全傳輸方法

有效

• 申請號: 202011529942.0
• 申請日: 2020-12-22
• 公開（公告）號: CN112688758B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 胡錦松;呂勝蘋;賴靚玲;顏世豪;陳由甲;許志猛
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H04K3/00
• 分類號: H04K3/00;H04B7/06
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 陳明鑫;蔡學俊

本發明涉及一種基于隨機頻率陣列和智能反射面的無線安全傳輸方法，提供一多用戶系統包括依次連接的發射端天線、智能反射面控制器和智能反射面，具體包括以下步驟：構建多用戶系統模型，選取系統中所有期望用戶的最大化信泄噪比加權和作為系統的目標函數；通過結合相應的凸優化理論，運用交替迭代優化的思想，得到相應的有源波束成形向量和無源波束成形矩陣,即得到智能反射面的反射矩陣。本發明基于隨機頻率陣列和智能反射面，能夠實現多用戶系統的安全傳輸，保證隱私信號到達期望用戶的安全性能并且不被竊聽用戶攔截。

技術領域

本發明涉及無線通信技術領域，具體涉及一種基于隨機頻率陣列和智能反射面的無線安全傳輸方法。

背景技術

近年來，無線通信的應用滲透到人們生活的方方方面，移動通信網絡的飛速發展極大的改變了人們的生活方式。隨著第五代無線通信系統中移動數據流量的激增，信息流的安全傳輸問題越來越受到人們的關注。隨著數據流的激增，無線通信系統中傳輸的信息也存在更大的泄露以及被竊聽的可能，所以為了保證信息傳輸的安全，我們也需要利用新的技術來提高新一代通信系統的物理層安全性能。作為高層加密技術的補充，物理層安全作為無線通信通信安全領域的一個前沿課題，受到越來越多研究者的重視。而方向調制技術作為一種有效的物理層安全傳輸技術，通過波束成形技術或人為噪聲處理等手段,在期望方向上保留隱私信號的原始星座圖,而在其他所有非期望方向上,接收到的信號星座圖則會發生扭曲或被嚴重擾亂,從而只有期望用戶能夠正確恢復出信號,竊聽用戶誤碼性能惡化而無法正常解調出隱私信息。

如今物理層安全技術的實現多單依賴于可以實現角度和距離二維安全傳輸的隨機頻率天線陣列來實現。隨機頻率陣列的基本原理是每個空間信道發射連續波信號，在相鄰的信道間引入隨機的頻率偏移量。隨機頻率陣列引入的微小隨機的頻率偏移量使得其波束方向圖隨距離以及角度變化而變化。而傳統的相控陣的波束方向圖只與角度相關。隨機頻率陣列通過引入角度信息為信號傳輸提供了新的波束成形和控制方法。在只有隨機頻率陣列參與的工作中，多利用帶有人工噪聲的方向調制技術輔助實現系統的安全傳輸，但是方向調制技術中的人工噪聲會在一定程度上浪費信道頻譜帶寬資源。近年來，由于新材料技術的發展，智能反射面技術變得更多的應用于無線通信領域。智能反射面一般為由多個元素單元構成的一個大型無源反射面。所有元素單元與一個控制器相連接，由該控制器根據系統信道特性適應性的調整智能反射面的反射角度和反射強度，使其反射的波束模式更好的滿足系統傳輸的需要。將多種技術結合在節省信道資源和提高安全傳輸兩方面都具有重要意義。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種基于隨機頻率陣列和智能反射面的無線安全傳輸方法，能夠實現多用戶系統的安全傳輸，保證隱私信號到達期望用戶的安全性能并且不被竊聽用戶攔截。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于隨機頻率陣列和智能反射面的無線安全傳輸方法，提供一多用戶系統包括依次連接的發射端天線、智能反射面控制器和智能反射面，具體包括以下步驟：

構建多用戶系統模型，選取系統中所有期望用戶的最大化信泄噪比加權和作為系統的目標函數；

通過結合相應的凸優化理論，運用交替迭代優化的思想，得到相應的有源波束成形向量和無源波束成形矩陣,即得到智能反射面的反射矩陣。

進一步的，所述多用戶系統模型包括依次連接的發射端天線、智能反射面控制器和智能反射面；所述發射端天線采用具有M個天線陣元的隨機頻率分集陣列，智能反射面為由N個反射單元組成的方形陣列，系統中存在K個期望用戶以及L個竊聽用戶，每個期望用戶與竊聽用戶的天線數目均為1。

進一步的，所述期望用戶的最大化信泄噪比加權，具體如下：

首先，發射端隨機頻率分集陣列中每個天線陣元的頻率為：

f_m＝f_c+k_mΔf,m＝1,2,...,M (1)