【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于無線通信，具體涉及一種基于ris(reconfigurableintelligent?surface，可重構(gòu)智能表面)的保密容量與低檢測概率聯(lián)合優(yōu)化方法及系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、目前關(guān)于無線通信系統(tǒng)的物理層安全研究主要聚焦于兩個方面：一是基于shannon的信息論基本原則所建立的信息論安全，其核心思想是利用無線信道特征進行信道編碼來避免竊聽者解碼通信信號。為了衡量系統(tǒng)安全性能，wyner等人最早提出了保密容量的概念。保密容量是指在竊聽者不能譯出任何信息的前提下，所能達到的最大傳輸速率，其值為合法鏈路和竊聽鏈路的信道容量差。二是simon在擴頻通信系統(tǒng)中首次提到的低檢測概率通信即隱蔽通信概念，隱蔽通信旨在隱藏傳輸信號的存在，本質(zhì)上是通過降低信號傳輸功率、控制信號波形特征等方式減少信號與背景噪聲的差異，從而降低竊聽者檢測到信號傳輸?shù)母怕省?/p>
2、然而上述這兩個方面都有各自的優(yōu)勢和局限：信息論安全的研究主要集中在通信系統(tǒng)于敵對環(huán)境下的保密容量極限問題，但這并不能完全阻止敵方檢測到傳輸信號的存在。同樣，隱蔽通信雖然能夠有效隱藏通信活動，卻可能因忽視通信信道的物理特性而限制其傳輸效率。
3、因此，研究如何結(jié)合二者優(yōu)勢，實現(xiàn)通信系統(tǒng)在內(nèi)容層面和行為層面的雙重保障，具有更現(xiàn)實的意義。
4、隨著第六代移動通信技術(shù)的發(fā)展，ris依托其可以動態(tài)調(diào)整和優(yōu)化無線傳播環(huán)境的能力，為同時提升保密容量和通信隱蔽性提供了新的可能性。一方面ris通過調(diào)整智能反射單元的相移和幅度，可以優(yōu)化合法用戶與竊聽者之間的信道差距
5、目前，現(xiàn)有無線通信安全方案中，兼顧保密容量和低檢測概率的隱蔽通信優(yōu)化方法的研究還處于萌芽階段。且現(xiàn)有方法都假設(shè)合法系統(tǒng)擁有完美csi(channel?stateinformation，信道狀態(tài)信息)，然而在實際情況中，往往難以測量竊聽信道的瞬時csi。因此，亟需提出一種基于ris的保密容量與低檢測概率聯(lián)合優(yōu)化方案，以實現(xiàn)不完美信道條件下的無線通信物理層雙重安全保障。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本專利技術(shù)提出一種基于ris的保密容量與低檢測概率聯(lián)合優(yōu)化方法及系統(tǒng)，以實現(xiàn)不完美信道條件下的無線通信物理層雙重安全保障。
2、為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采取以下技術(shù)方案：
3、一種基于ris的保密容量與低檢測概率聯(lián)合優(yōu)化方法，適用于包含一個發(fā)送端、一個干擾器、一個ris、一個接收端以及一個竊聽者的隱蔽通信系統(tǒng)，所述優(yōu)化方法包括如下步驟：
4、步驟1：構(gòu)建基于ris的保密容量與低檢測概率的聯(lián)合通信系統(tǒng)模型；
5、步驟2：基于步驟1的系統(tǒng)模型，確定模型中各鏈路的信道統(tǒng)計信息；
6、步驟3：基于步驟1和步驟2，對保密容量和錯檢概率進行分析，推導出平均保密容量和平均錯檢概率的解析式；
7、步驟4：以發(fā)送端及干擾器的總功率作為約束條件，以功率分配為優(yōu)化變量，構(gòu)建隱蔽通信系統(tǒng)中最大化安全通信速率的優(yōu)化問題；
8、步驟5：因優(yōu)化問題為非凸優(yōu)化，故采用gdm(generative?diffusion?model，生成擴散模型)與drl(deep?reinforcement?learning，深度強化學習)相結(jié)合的方式求解優(yōu)化目標。
9、優(yōu)選的，步驟1具體實現(xiàn)如下：
10、構(gòu)建基于ris的保密容量與低檢測概率的聯(lián)合通信系統(tǒng)模型，具體包括三部分：ris反射矩陣的數(shù)學模型、信道模型、信號模型。
11、ris由n個反射單元組成，且每個反射單元都是獨立的。因此，ris的反射系數(shù)矩陣可以表示成對角矩陣，其形式為：
12、
13、其中，βn∈[0,1]為第n個元件的振幅反射系數(shù)，θn∈[0，2π)為第n個元件的相移變量。
14、對于信道模型，發(fā)送端、干擾器、接收端、竊聽者和ris之間的衰落系數(shù)分別表示為har、hjr、hrb、hrw，衰落系數(shù)矢量形狀均為n×1，且均遵從nakagami-m衰落模型，路徑損耗指數(shù)分別表示為αar、αjr、αrb、αrw。對于發(fā)送端-ris-接收端和干擾器-ris-接收端兩條鏈路，發(fā)送方可以獲取其瞬時csi。而對于ris-竊聽者鏈路，考慮實際情況，發(fā)送方只能獲取其統(tǒng)計csi，竊聽方擁有其瞬時csi。
15、對于信號模型，發(fā)送端發(fā)送信號和干擾器發(fā)送信號建模為：
16、
17、其中，pa和pj分別是發(fā)送端和干擾器的發(fā)送功率，sa(k)(e(|sa(k)|2)＝1)是發(fā)送端發(fā)送給接收端的信息，sj(k)(e(|sj(k)|2)＝1)是干擾器發(fā)送的干擾信息，sa(k)和sj(k)都是單位功率的信號，它們的平均功率e(|sa(k)|2)和e(|sj(k)|2)都等于1。pj服從均勻分布，其概率密度函數(shù)為：
18、
19、結(jié)合信道衰落系數(shù)、路徑損耗和ris反射系數(shù)矩陣，可以得到接收端接收信號的表達式：
20、
21、其中，表示路徑損耗。且有
22、其中dχ表示距離，αχ為路徑損耗指數(shù)，且χ∈{ar，jr，rb，rw}。nb(k)為接收端的加性高斯白噪聲。
23、根據(jù)公式(4)，接收端的sinr(signal?to?interference?plus?noise?ratio，信干噪比)表示為：
24、
25、其中，為接收端加性高斯白噪聲的方差，ρ∈[0，1]表示自干擾消除系數(shù)。
26、竊聽者則面臨著一個二元檢測問題：1)檢驗假設(shè)表示發(fā)送端和接收端之間并未存在通信行為；2)備擇假設(shè)表示發(fā)送端正在向接收端發(fā)送消息。
27、針對兩種假設(shè),將收到的信號建模為：
28、
29、其中，mw(k)為竊聽者的加性高斯白噪聲。當備擇假設(shè)成立時，竊聽者的sinr表示為：
30、
31、基于公式(6)和(7)，竊聽者會對接收到的平均功率進行二元檢測，判決規(guī)則為：
32、
33、其中，τ是二元檢測閾值，和分別表示有利于和的判決。
34、假設(shè)竊聽者對無限數(shù)量的信號樣本進行二元檢測，即有k→∞。因此，不存在發(fā)送信號和接受噪聲的不確定性。竊聽者的平均功率由下式給出：
35、
36、其中，其中，為高斯白噪聲。
37、優(yōu)選的，步驟2具體實現(xiàn)如下：
38、步驟2-1、對于發(fā)送端-ris-接收端鏈路，通過調(diào)整ris的參數(shù)為接收端提供最佳的信道質(zhì)量。發(fā)送端-ris-接收端鏈路的信道增益如下所示：
39、
40、其中，hrb，n和har，n分別為hr本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.基于RIS的保密容量與低檢測概率聯(lián)合優(yōu)化方法，適用于包含一個發(fā)送端、一個干擾器、一個RIS、一個接收端以及一個竊聽者的隱蔽通信系統(tǒng)，其特征是，所述的優(yōu)化方法包括如下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述基于RIS的保密容量與低檢測概率聯(lián)合優(yōu)化方法，其特征是，步驟1具體如下：
3.如權(quán)利要求2所述基于RIS的保密容量與低檢測概率聯(lián)合優(yōu)化方法，其特征是，步驟2具體如下：
4.如權(quán)利要求3所述基于RIS的保密容量與低檢測概率聯(lián)合優(yōu)化方法，其特征是，步驟3具體如下：
5.如權(quán)利要求4所述基于RIS的保密容量與低檢測概率聯(lián)合優(yōu)化方法，其特征是，步驟4具體如下：
6.如權(quán)利要求5所述基于RIS的保密容量與低檢測概率聯(lián)合優(yōu)化方法，其特征是，步驟5具體如下：
7.基于RIS的保密容量與低檢測概率聯(lián)合優(yōu)化系統(tǒng)，用于執(zhí)行如權(quán)利要求1-6任一項所述的方法，其特征是，所述的優(yōu)化系統(tǒng)包括如下模塊：
【技術(shù)特征摘要】
1.基于ris的保密容量與低檢測概率聯(lián)合優(yōu)化方法，適用于包含一個發(fā)送端、一個干擾器、一個ris、一個接收端以及一個竊聽者的隱蔽通信系統(tǒng)，其特征是，所述的優(yōu)化方法包括如下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述基于ris的保密容量與低檢測概率聯(lián)合優(yōu)化方法，其特征是，步驟1具體如下：
3.如權(quán)利要求2所述基于ris的保密容量與低檢測概率聯(lián)合優(yōu)化方法，其特征是，步驟2具體如下：
4.如權(quán)利要求3所述基于...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鐘華，劉浩然，胡宇健，李戰(zhàn)楠，王夢圓，黃建華，王堯，石磊，
申請(專利權(quán))人：杭州電子科技大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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