[發明專利]IRS輔助下的NOMA下行保密和速率最大化方法

在審

• 申請號: 202310404537.3
• 申請日: 2023-04-17
• 公開（公告）號: CN116567810A
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 劉智濤;李有明;俞建定;王旭芃
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: H04W72/044
• 分類號: H04W72/044;H04W72/54;H04W12/02
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理有限公司 33226
• 代理人: 周玨

本發明公開了一種IRS輔助下的NOMA下行保密和速率最大化方法，其使用保密系統概念，將通信安全性引入NOMA系統的下行鏈路中，并且應用IRS改善信道條件，提升保密和速率；通過疊加編碼原理將信號發送給各合法用戶，并通過串行干擾消除原理在接收端進行解調；再通過引入用戶QoS限制可以有效保證用戶公平性；在解出最優功率分配系數的方案基礎上，對IRS的反射單元的相位進行優化，通過約束松弛，引入輔助變量，將其視為半正定規劃問題，可以有效改善信道增益；優點是與現有的NOMA功率分配算法相比，本發明方法保證了NOMA系統的安全性，最大化提升了保密和速率。

技術領域

本發明涉及一種系統速率最大化方法，尤其是涉及一種IRS(IntelligentReflecting?Surface，智能反射表面)輔助下的NOMA(Non-Orthogonal?Multiple?Access，非正交多址接入)下行保密和速率最大化方法。

背景技術

20世紀80年代中期以后，出現了第一代模擬移動通信系統，其采用模擬信號通信方法，使得人們可以通過移動電話實現遠程實時通信。隨后，第二代移動通信系統采用了數字信號傳輸方式，提高了無線通信中信號傳輸的穩定性和抗噪聲能力，人們的基本語音通話需求已經得到了滿足，期盼著能夠通過通信系統對圖片、視頻等媒體文件進行傳輸和處理，實現看電影、視頻通話等功能。于是，采用碼分多址技術的第三代移動通信系統應運而生。第四代移動通信OFDMA(Orthogonal?Frequency?Division?Multiple?Access，正交頻分多址)技術，提高了通信系統的頻帶利用率和信道容量。但是，隨著移動互聯網和電子信息技術的進一步發展，移動通信用戶數量以及人們對于數據流量的需求出現了爆發式增長，為了應對上述問題，通信技術需進一步增強用以提高通信系統的容量以及能效。隨著無線通信產業的蓬勃發展，多址接入技術也在不斷發展。因此，面向5G的NOMA(Non-OrthogonalMultiple?Access，非正交多址接入)技術近年來引起了相關研究人員的廣泛關注。與OFDMA技術相比，NOMA技術的頻譜利用率高、傳輸時延低、連接能力強，同時還可以降低延遲和信令成本。

在NOMA系統的下行鏈路中，發送端對各用戶的功率以線性疊加，通過空中接口進行數據傳輸。在這一過程中，采取串行干擾消除(Successive?InterferenceCancellation，SIC)逐一解碼出各用戶信息。

無線移動通信技術的快速發展及其在多方面的應用，推動了無線移動用戶數量不斷地激增，無線移動網絡的安全傳輸也引起了社會各界的關注。傳統實現信息安全傳輸的方式是基于網絡上層計算復雜度來實現的，但隨著現代計算機的計算能力不斷發展，尤其是超級計算機和量子計算機的出現，極大地縮短了通過暴力法破譯密鑰的時間，使基于計算復雜度的信息加密機制面向巨大挑戰。其次，基于加解密機制的安全通信方式需要頻繁地生成密鑰，以及對密鑰進行分發和管理，這增加了系統資源開銷。最近，通過利用物理層中的動態特性實現物理層安全性引起了相當大的關注，不同于信息編碼的加密方式，物理層安全是從信息論的角度，利用無線信道的物理特征(時變性、互易性、隨機性)來實現信息安全傳輸，彌補了網絡上層信息安全傳輸短板。自然，這種新的安全概念可以應用于NOMA，以實現穩健地安全傳輸。在NOMA系統中，保密和速率(Secrecy?Sum?Rate，SSR)這一概念反應了系統保密性能好壞以及通信可靠性的高低。如何在NOMA系統中進一步提升系統的保密和速率已成為無線通信系統中的研究重點。