[發(fā)明專利]基于元強化學(xué)習(xí)的非正交多址系統(tǒng)物理層安全通信方法

在審

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• 申請日: 2023-03-16
• 公開（公告）號: CN116405930A
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 萬城瑞;周小林;王涵
• 申請（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號: H04W12/033
• 分類號: H04W12/033;H04W52/26
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于元強化學(xué)習(xí)的非正交多址系統(tǒng)物理層安全通信方法。本發(fā)明包括：構(gòu)建最大化系統(tǒng)物理層安全和速率為目標的功率分配優(yōu)化目標函數(shù)，其中考慮存在多個竊聽者竊聽信息的情況；采用元強化學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)對系統(tǒng)物理層進行安全加密，實現(xiàn)非正交多址系統(tǒng)物理層安全通信；本發(fā)明克服了現(xiàn)有基于深度強化學(xué)習(xí)的功率分配方法的缺陷，解決現(xiàn)有技術(shù)不能應(yīng)用于變化的信道環(huán)境因而難以實際應(yīng)用問題，提升了非正交多址系統(tǒng)物理層的安全性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于元強化學(xué)習(xí)的非正交多址系統(tǒng)物理層安全通信方法。

背景技術(shù)

通信技術(shù)的發(fā)展帶來了多種新型傳輸技術(shù)，其在提升合法用戶性能的同時，也存在被惡意用戶竊聽的情況，這帶來了新的安全挑戰(zhàn)。面對潛在的物理層安全威脅，將物理層安全技術(shù)結(jié)合到，保障信息傳輸?shù)陌踩裕蔀樽罱难芯繜狳c。同時，多用戶通信問題中，功率分配一直是優(yōu)化系統(tǒng)整體通信質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，引起人們的廣泛關(guān)注。隨著實際情況中通信系統(tǒng)物理層安全問題的日益顯現(xiàn)，為了提升通信安全性，減少因被竊聽而引起的損失，針對通信系統(tǒng)的物理層加密方法越來越重要。在具體的通信系統(tǒng)模型建模下，系統(tǒng)的物理層加密方法可以歸結(jié)為最大化系統(tǒng)的和速率，同時讓竊聽端的速率盡可能的小。這樣，對物理層進行加密的方法可以簡化為優(yōu)化系統(tǒng)的功率分配或資源分配策略，以達到增強系統(tǒng)物理層安全性和物理層進行加密的目的。目前，采用深度強化學(xué)習(xí)技術(shù)來進行通信系統(tǒng)功率分配的方法逐漸增多，深度強化學(xué)習(xí)是深度學(xué)習(xí)與強化學(xué)習(xí)的結(jié)合，這種方法能夠基于智能體與環(huán)境的交互學(xué)習(xí)到特定的功率分配策略，但是這種方法的前提假設(shè)是環(huán)境是不變的、靜態(tài)的。在實際情況下，信道特性是動態(tài)的，這意味著深度強化學(xué)習(xí)方法學(xué)習(xí)到的靜態(tài)環(huán)境功率分配策略難以應(yīng)用到動態(tài)的環(huán)境中。

元強化學(xué)習(xí)是一種結(jié)合了元學(xué)習(xí)與強化學(xué)習(xí)的優(yōu)點的方法。元學(xué)習(xí)算法是一種學(xué)習(xí)深度學(xué)習(xí)模型初始化參數(shù)的算法，在學(xué)習(xí)到的初始化參數(shù)下，模型僅用少量訓(xùn)練數(shù)據(jù)即可達到收斂，適應(yīng)新的環(huán)境特性，快速部署到全新的環(huán)境中去。結(jié)合了元學(xué)習(xí)算法的強化學(xué)習(xí)方法，解決了原有方法泛化能力弱，需要大量訓(xùn)練數(shù)據(jù)的缺點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種泛化能力，不能適應(yīng)動態(tài)環(huán)境基于元強化學(xué)習(xí)的非正交多址系統(tǒng)物理層安全通信方法。并提出了功率分配的優(yōu)化目標函數(shù)。

本發(fā)明提供的基于元強化學(xué)習(xí)的非正交多址系統(tǒng)物理層安全通信方法，包括構(gòu)建最大化系統(tǒng)物理層安全和傳輸速率為目標的功率分配優(yōu)化目標函數(shù)；采用元強化學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)，對系統(tǒng)物理層進行安全加密，實現(xiàn)非正交多址系統(tǒng)物理層安全通信。

(一)構(gòu)建最大化系統(tǒng)物理層安全和傳輸速率為目標的功率分配優(yōu)化目標函數(shù)

本發(fā)明涉及的非正交多址(無線通信)系統(tǒng)，包含無線系統(tǒng)發(fā)送端用戶、接收端基站，以及惡意竊聽端，參見圖1所示。

設(shè)發(fā)送端第i個用戶發(fā)送信號S_i表示為：

其中，P_total為發(fā)送端的發(fā)射總功率，α_i為第i個用戶的功率分配因子(系數(shù))，X_i為第i個用戶的信息信號，i＝1,2...n,n為用戶數(shù)；用戶-基站、用戶-竊聽端以及基站-竊聽端的信道分別用信道系數(shù)表示：h_sd，h_se，h_de，信道系數(shù)為服從瑞利分布的隨機變量，即h～Rayleigh(σ_r²)，σ_r²為瑞利分布的方差；噪聲信號為服從高斯分布的高斯噪聲，即n～N(0,σ_g²)，σ_g²為高斯分布的方差。

設(shè)接收端基站處的接收信號y_l表示為：