[發(fā)明專利]智能反射鏡輔助的安全空間調制系統的波束成形設計方法

在審

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• 申請日: 2021-09-30
• 公開（公告）號: CN113949428A
• 公開（公告）日: 2022-01-18
• 發(fā)明（設計）人: 束鋒;王雪輝;黃夢醒;馮思玲;毋媛媛;蔣昕怡;董榕恩;張鵬;孫鐘文;占習超;揭琦娟;丁耀暉
• 申請（專利權）人: 海南大學
• 主分類號: H04B7/06
• 分類號: H04B7/06;H04L27/18;H04L27/34
• 代理公司: 海南漢普知識產權代理有限公司 46003
• 代理人: 麥海玲

1.智能反射鏡輔助的安全空間調制系統的波束成形設計方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

S1：將智能反射鏡(IRS)的N個元件平均分組成G組，每組含有N/G個元件，且每組元件的反射系數都不同，在每個符號持續(xù)周期內，隨機激活一組元件來反射入射傳輸信息信號，而剩余的G-1組則處于未激活狀態(tài)用以實現空間調制(SM)方案；

S2：將傳輸信息信號劃分為兩部分，第一部分表示為j∈{1，2，…，M}，被調制為M階正交幅度調制(QAM)或相移鍵控(PSK)符號，而第二部分i∈{1，2，…，G}則用于激活智能反射鏡(IRS)元件中某組元件S以發(fā)射信號；

S3：通過評估平均安全速率(SR)描述智能反射鏡(IRS)輔助的安全空間調制系統的安全性；

S4：計算智能反射鏡(IRS)輔助的安全空間調制系統的傳統近似安全速度(TASR)和建立新近似安全速率(NASR)，基于傳統近似安全速度(TASR)提出對偶上升(DA)法最大化(Max-NASR-DA)波速形成法，并且基于新近似安全速率(NASR)，提出基于半定松弛(SDR)法最大化傳統近似安全速度(Max-TASR-SDR)波束成形法和基于連續(xù)凸逼近(SCA)法最大化新近似安全速率(Max-NASR-SCA)波束形成法；

S5：分別計算出基于連續(xù)凸逼近(SCA)法最大化新近似安全速率(Max-NASR-SCA)波束形成法、基于傳統近似安全速度(TASR)提出對偶上升(DA)法最大化(Max-NASR-DA)波速形成法和基于半定松弛(SDR)法最大化傳統近似安全速度(Max-TASR-SDR)波束成形法的平均安全速率(SR)以及平均信噪比(SNR)，通過對比平均安全速率(SR)和平均信噪比(SNR)判別Max-NASR-SCA、Max-NASR-DA和Max-TASR-SDR的波束成形法三者的性能。

2.根據權利要求1所述的智能反射鏡輔助的安全空間調制系統的波束成形設計方法，其特征在于，在每個符號持續(xù)周期內，智能反射鏡(IRS)的元件并未全部參與反射信號工作，而是某組IRS元件被隨機選擇處于工作激活狀態(tài)，剩余元件則處于未激活狀態(tài)。

3.根據權利要求1所述的智能反射鏡輔助的安全空間調制系統的波束成形設計方法，其特征在于，在步驟S3中，通過評估平均安全速率(SR)描述智能反射鏡(IRS)輔助的安全空間調制系統的安全性的計算過程如下：

通過設計IRS處的無源波束成形來最大化SR，以下為優(yōu)化問題：

(P1)：max R_s

s.t.|Φ_n，n|＝1，

β²＜1。

4.根據權利要求3所述的智能反射鏡輔助的安全空間調制系統的波束成形設計方法，其特征在于，在步驟S4中，根據傳統多輸入多輸出(MIMO)系統截止速率的定義，先計算Bob和Eve端的截止速率和系統傳統近似安全速度(TASR)為

5.根據權利要求4所述的智能反射鏡輔助的安全空間調制系統的波束成形設計方法，其特征在于，在步驟S4中，提出新近似安全速率(NASR)，即互信息量I(b_j，s_i；y_b|H′_B，H′_E)和I(b_j，s_i；y_e|H′_B，H′_E)分別由變量s_i，b_j，H，n確定，但互信息量的復雜度高，且沒有封閉形式的表達式，提出互信息量：

互信息量：

計算優(yōu)化問題(P2)：

(P2):

s.t.|Φ_n,n|＝1,

β²1

其中，