[發(fā)明專利]智能可重構(gòu)表面輔助的安全空間調(diào)制發(fā)射功率設(shè)計方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111165326.6
• 申請日: 2021-09-30
• 公開（公告）號: CN113890806A
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 束鋒;董榕恩;黃夢醒;馮思玲;毋媛媛;蔣昕怡;王雪輝;孫鐘文;占習(xí)超;張鵬;揭琦娟;丁耀暉
• 申請（專利權(quán)）人: 海南大學(xué)
• 主分類號: H04L27/12
• 分類號: H04L27/12;H04L27/36;H04B7/0413
• 代理公司: 海南漢普知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 46003
• 代理人: 麥海玲

本發(fā)明提供一種智能可重構(gòu)表面輔助的安全空間調(diào)制發(fā)射功率設(shè)計方法，為了進一步提高空間調(diào)制系統(tǒng)的安全性能，基于新的近似安全速率(NASR)表達式和傳統(tǒng)近似安全速率(TASR)表達式分別提出了兩種發(fā)射功率設(shè)計方法，本發(fā)明首先使用二次變換方法將目標函數(shù)從分式轉(zhuǎn)換為積分。然后，通過使用Lagrangian函數(shù)方法和Karush?Kuhn?Tucker(KKT)條件，得到具有低復(fù)雜度的優(yōu)化問題的一個閉形式的解。為方便比較，本發(fā)明同時提出了基于TASR表達式的Max?TASR?TPD方法。由于表達式比較復(fù)雜，考慮采用梯度上升法進行求解。本發(fā)明所提出的方法獲得了更顯著的安全速率(SR)性能提升。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線通信空間調(diào)制系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種智能可重構(gòu)表面輔助的安全空間調(diào)制發(fā)射功率設(shè)計方法。

背景技術(shù)

空間調(diào)制(SM)作為一種多輸入多輸出(MIMO)傳輸方法，其傳輸原理是將發(fā)送的信息比特中的一部分映射為天線索引，另一部分映射為傳統(tǒng)的幅度相位調(diào)制符號。SM具有一系列優(yōu)勢，被認為是MIMO系統(tǒng)中一種有前途的信號傳輸方法。然而，由于無線信道的廣播特性，像其它MIMO系統(tǒng)一樣，SM系統(tǒng)傳輸?shù)臋C密信息很可能會被非預(yù)期的接收器截獲，如何實現(xiàn)安全信息傳輸成為了無線網(wǎng)絡(luò)研究的熱點主題。智能可重構(gòu)表面(IRS)是提高未來無線通信覆蓋范圍和能量/頻譜效率的革命性技術(shù)。具體來說，IRS由大量小型、低成本、無源元件組成，僅反射具有可調(diào)相移的入射信號，無需復(fù)雜的預(yù)編碼和射頻處理。IRS配備智能控制器，能夠智能地調(diào)整入射電磁波的相位，增加接收信號能量，擴大覆蓋區(qū)域，減少干擾，從而提高無線網(wǎng)絡(luò)的通信質(zhì)量。

先前關(guān)于IRS輔助SM系統(tǒng)的工作主要集中在最大化接收信號強度、可實現(xiàn)速率、頻譜效率和中斷概率，這表明了IRS輔助SM系統(tǒng)優(yōu)于傳統(tǒng)的SM系統(tǒng)。然而，目前還沒有關(guān)于IRS輔助安全SM(SSM)系統(tǒng)的SR性能的研究，這可能是一種顯著提高SR性能的潛在途徑。此外，考慮到從發(fā)射器到接收器的傳輸通道被障礙物阻擋，此時有必要使用IRS進行通信。因此，研究一種IRS輔助的安全SM通信系統(tǒng)具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種智能可重構(gòu)表面輔助的安全空間調(diào)制發(fā)射功率設(shè)計方法，以克服或至少部分解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述問題。

一種智能可重構(gòu)表面輔助的安全空間調(diào)制發(fā)射功率設(shè)計方法，所述方法應(yīng)用于IRS系統(tǒng)輔助的空間調(diào)制系統(tǒng)，所述IRS系統(tǒng)的N個單元元件平均分為G組，每組由個相鄰元素組成，同一組中每個單元的反射系數(shù)不同，對于每個符號持續(xù)時間，G組中的任一個被隨機打開以反射入射信號，剩余的(G-1)組則被關(guān)閉以實現(xiàn)SM傳輸，傳輸?shù)男畔⒈环譃閮刹糠郑旱谝徊糠钟洖閖∈{1,2,…,M}，調(diào)制為M進制正交幅度調(diào)制(QAM)或相移鍵控(PSK)符號，第二部分記為i∈{1,2,…,G}，用于激活I(lǐng)RS子集S，所述方法包括以下步驟：

計算合法接收機和竊聽接收機的接收信號；

計算平均SR值以描述安全性能；

計算傳統(tǒng)近似安全速率(TASR)和新的近似安全速率(NASR)；

以最大化發(fā)射方的SR為目標，基于NASR或TASR計算發(fā)射功率。

進一步的，所述計算合法接收機和竊聽接收機的接收信號，具體包括：

IRS輔助的SM系統(tǒng)數(shù)據(jù)速率的表達式為：

R＝log₂(M)+log₂(G)