【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于無線通信，特別是一種基于時間調制陣列的隱蔽信息年齡優化方法。
技術介紹
1、隨著物聯網設備的廣泛應用，網絡信息安全和信息傳遞的及時性成為物聯網通信的核心問題。隱蔽通信(covert?communication)作為一種確保信息安全傳輸的技術，其目標是在不被檢測的情況下傳遞信息。然而，現有隱蔽通信系統，通常依賴于多天線陣列如相控陣列(phasedarray,pa)技術，雖然可以實現較高的隱蔽性，但其硬件復雜度和能耗較高，難以適應物聯網設備低功耗和低復雜度的要求。時間調制陣列(tma)通過周期性地調制射頻開關，可以實現低復雜度和高效的波束成形。該技術可以顯著降低硬件成本，同時保持較高的隱蔽性和通信性能。
2、此外，現有隱蔽通信的時效性問題未得到有效解決，信息年齡(ageofinformation,aoi)反映了信息時效性，而現有技術難以在保障隱蔽性的同時，提供較優的時效性。因此，需一種能夠在降低系統復雜度和功耗的前提下，同時提高信息傳輸隱蔽性與時效性的技術解決方案。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于針對上述現有技術存在的問題，提供一種基于時間調制陣列的隱蔽信息年齡優化方法。該方法通過優化波束形成參數和包長來最小化平均隱蔽信息年齡(average?concealedage?ofinformation,caoi)，從而提高隱蔽通信的隱蔽性和信息的時效性。推導出kullback-leibler(kl)散度的封閉表達式作為隱度約束，并在此基礎上得到平均caoi，
2、實現本專利技術目的的技術解決方案為：基于時間調制陣列的隱蔽信息年齡優化方法，所述方法包括以下步驟：
3、步驟1，構建基于時間調制陣列作為發射機的隱蔽通信系統架構；該隱蔽通信系統架構包括發射端alice、接收端bob和竊聽者willie，發射端通過時間調制陣列發射隱蔽信號，且發射端的每個天線元件由射頻開關控制，射頻開關通過時間序列調制信號實現波束成形；
4、步驟2，利用kl散度作為通信隱蔽性的度量，建立隱蔽通信系統的性能優化函數以最小化平均隱蔽信息年齡caoi；
5、步驟3，利用布谷鳥搜索算法求解所述隱蔽通信系統的性能優化函數，獲取最小化caoi對應的波束成形參數組合。
6、進一步地，步驟1所述隱蔽通信系統架構具體為：發射端在信號處理器的控制下，傳輸信號由數模轉換器產生；隨后，生成的傳輸信號與本振信號合并，經功率放大器后經過時間調制器調制；每個天線均連接一個時間調制器，所有的時間調制器均由信號處理器監督；在每個時間調制器中，射頻信號被分為兩個支路：i路和q路，每個支路均有一個可變增益放大器vga，且q路有一個π/2移相器，信號處理器控制vga的時序和幅度；最后，將i路和q路上的信號合并成一個射頻信號輸出。
7、進一步地，步驟1中隱蔽通信系統的通信信道建模為準靜態rician信道。
8、進一步地，所述接收端bob的接收信號表示為：
9、
10、式中，yab[i]為bob在第i個信道上接收的信號，x[i]為第i個信道上alice的發射信號，采用高斯碼本，dab為alice與bob之間的距離，κ是系數；表示bob的導向矢量，k表示波數，d表示陣列元素的空間，θ表示bob相對于alice的角度；表示第i個信道上bob處的復加性高斯噪聲；α表示路徑衰減；σ2表示噪聲功率，φtm表示波束形成矢量；表示從alice到bob的等效衰落系數，其中表示alice的第m個天線至bob的rician信道散射分量，m＝1,2,...,m，m為alice天線總數；pa是alice的發射功率，i為信道序號，i＝1,2,...,n，n表示信道總數；
11、rician信道的總增益表示為hab：
12、
13、接收端bob處的信噪比snr為
14、
15、其中，且表示第m個天線的幅度權值；u＝tm，表示時間調制陣列。
16、進一步地，所述竊聽者willie接收到的信號表示為：
17、
18、其中，為willie在第i個信道上接收到的信號，為零假設，即alice不發送信號；為備選假設，即alice發送信號，表示第i個信道上willie處的復加性高斯噪聲，daw為alice和willie之間的距離，表示從alice到willie的衰落系數，表示alice的第m個天線至willie的rician信道散射分量；
19、willie的信噪比為
20、
21、其中表示第m個天線的幅度權值。
22、進一步地，所述竊聽者willie處總檢測誤差概率表示為：
23、
24、且需滿足如下約束條件：
25、
26、其中，虛警概率漏檢概率分別為：
27、
28、其中為最優閾值μ＝ρ0/ρ1對應的似然比檢驗值即lrt值，表示為：
29、
30、其中，
31、
32、式中，ρ0表示alice不傳輸的先驗概率，ρ1表示alice傳輸的先驗概率，表示最小總檢測誤差概率，ε為預設的隱蔽容差水平，和分別代表在和下willie的決定，和和分別表示在和下willie的觀測值的概率分布，pr表示接收到的信號功率。
33、進一步地，步驟1中實現波束成形的過程包括：
34、建立t時刻時間調制陣列處第m個天線的開關函數
35、
36、式中，和分別為t時刻每個時間調制器i路和q路上的增益控制時間序列；
37、通過設計和的開關時間和幅值，實現隱蔽信號的波束形成。
38、進一步地，步驟2中所述隱蔽通信系統的性能優化函數為：
39、
40、式中，約束c1為采用kl散度獲得的隱蔽通信約束，和分別表示在和下willie的觀測值的概率分布，為和之間的kl散度，表示取均值；表示隱蔽通信中斷概率；表示平均數據包錯誤概率；ρ0表示alice不傳輸的先驗概率，ρ1表示alice傳輸的先驗概率；n表示通信包長，nmin、nmax分別表示最小包長和最大包長；ε為預設的隱蔽容差水平；e為開關時間狀態總數；為隱蔽通信中斷概率；w表示系統帶寬；表示第m個天線對應的射頻開關的第s個狀態，s表示射頻開關狀態類型總數。
41、進一步地，所述隱蔽通信中斷概率的上界為：
42、
43、式中，μaw和μab分別為|haw|2和|hab|2的平均值。
44、進一步地，步驟3所述利用布谷鳥搜索算法求解所述隱蔽通信系統的性能優化函數，獲取最小化caoi對應的波束成形參數組合，具體包括：
45、初始化搜索空間：定義所有可能的波束成形參數組合，包括天線對應的本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于時間調制陣列的隱蔽信息年齡優化方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于時間調制陣列的隱蔽信息年齡優化方法，其特征在于，步驟1所述隱蔽通信系統架構具體為：發射端在信號處理器的控制下，傳輸信號由數模轉換器產生；隨后，生成的傳輸信號與本振信號合并，經功率放大器后經過時間調制器調制；每個天線均連接一個時間調制器，所有的時間調制器均由信號處理器監督；在每個時間調制器中，射頻信號被分為兩個支路：I路和Q路，每個支路均有一個可變增益放大器VGA，且Q路有一個π/2移相器，信號處理器控制VGA的時序和幅度；最后，將I路和Q路上的信號合并成一個射頻信號輸出。
3.根據權利要求1所述的基于時間調制陣列的隱蔽信息年齡優化方法，其特征在于，步驟1中隱蔽通信系統的通信信道建模為準靜態Rician信道。
4.根據權利要求3所述的基于時間調制陣列的隱蔽信息年齡優化方法，其特征在于，所述接收端Bob的接收信號表示為：
5.根據權利要求4所述的基于時間調制陣列的隱蔽信息年齡優化方法，其特征在于，所述竊聽者Willie接收到的
6.根據權利要求5所述的基于時間調制陣列的隱蔽信息年齡優化方法，其特征在于，所述竊聽者Willie處總檢測誤差概率表示為：
7.根據權利要求6所述的基于時間調制陣列的隱蔽信息年齡優化方法，其特征在于，步驟1中實現波束成形的過程包括：
8.根據權利要求7所述的基于時間調制陣列的隱蔽信息年齡優化方法，其特征在于，步驟2中所述隱蔽通信系統的性能優化函數為：
9.根據權利要求8所述的基于時間調制陣列的隱蔽信息年齡優化方法，其特征在于，所述隱蔽通信中斷概率的上界為：
10.根據權利要求9所述的基于時間調制陣列的隱蔽信息年齡優化方法，其特征在于，步驟3所述利用布谷鳥搜索算法求解所述隱蔽通信系統的性能優化函數，獲取最小化CAoI對應的波束成形參數組合，具體包括：
...【技術特征摘要】
1.一種基于時間調制陣列的隱蔽信息年齡優化方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于時間調制陣列的隱蔽信息年齡優化方法，其特征在于，步驟1所述隱蔽通信系統架構具體為：發射端在信號處理器的控制下，傳輸信號由數模轉換器產生；隨后，生成的傳輸信號與本振信號合并，經功率放大器后經過時間調制器調制；每個天線均連接一個時間調制器，所有的時間調制器均由信號處理器監督；在每個時間調制器中，射頻信號被分為兩個支路：i路和q路，每個支路均有一個可變增益放大器vga，且q路有一個π/2移相器，信號處理器控制vga的時序和幅度；最后，將i路和q路上的信號合并成一個射頻信號輸出。
3.根據權利要求1所述的基于時間調制陣列的隱蔽信息年齡優化方法，其特征在于，步驟1中隱蔽通信系統的通信信道建模為準靜態rician信道。
4.根據權利要求3所述的基于時間調制陣列的隱蔽信息年齡優化方法，其特征在于，所述接收端bob的接收...
【專利技術屬性】
技術研發人員：馬越，李熙冉，繆晨，張若愚，王晶琦，陳春紅，楊國，吳文，
申請(專利權)人：南京理工大學，
類型：發明
國別省市：
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