【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及通信，尤其涉及一種star-ris輔助安全通感一體化系統的智能波束賦形方法。
技術介紹
1、隨著6g技術的發展，出現了許多新興應用，比如物聯網，v2x通信，無人駕駛，智慧家庭，無人機網絡。這些功能都依賴于對環境的精確感知，因此，傳感功能有望成為6g網絡的基本服務之一，成為超越現有純通信方案的下一個發展階段。同時，毫米波頻率和大規模多輸入多輸出(massive?input?massive?output，mimo)技術的結合使用，使通信系統和無線電傳感系統在硬件結構、信道特性和信息處理管道方面具有驚人的相似性。由于硬件和無線資源的共享使用，雷達和通信系統也向著一體化發展。為此，通感一體化技術(integrated?sensing?and?communication，isac)被認為是重要的推動因素，并引起了廣泛的關注。
2、由于無線信號的廣播和開放特性，通感一體化系統中的信息易被竊聽。可重構智能表面(reconfigurable?intelligent?surface，ris)作為一項關鍵技術，可以智能地控制傳播環境，因此是通過重建竊聽信道從物理層安全角度實現信息安全的重要途徑。在實際應用中，ris可以通過反射接收信號，為bs同一側的用戶提供信號增強功能。然而，對于另一面的用戶來說，由于信號的衰減和散射，信號會變弱。為了應對這一挑戰，有學者提出了一種同時透射和反射的ris(star-ris)，以實現ris面板周圍360°的全面覆蓋。
3、如公開號為cn118573236a的中國專利公開了一種st
技術實現思路
1、本專利技術旨在解決以上現有技術的問題。提出了一種star-ris輔助安全通感一體化系統的智能波束賦形方法。本專利技術的技術方案如下：
2、一種star-ris輔助安全通感一體化系統的智能波束賦形方法，其包括以下步驟：
3、s1：搭建無線通信場景，所述無線通信場景包括基站、star-ris、合法用戶以及竊聽者；
4、s2：構建star-ris輔助安全通感一體化系統的通信模型及感知模型；
5、s3：根據通信模型及感知模型，構建系統的效用最大化問題；
6、s4：將波束賦形建模為一個馬爾科夫決策過程；
7、s5：采用噪聲自適應的深度強化學習算法對基站的發射波束賦形和star-ris的透射反射系數矩陣進行聯合優化。
8、進一步的，所述步驟s1中的無線通信場景由一個通感一體化基站、一個star-ris、t個感知目標、k個用戶以及一個竊聽者組成；所述star-ris采用能量分割模式，即每個元件將入射信號分為透射信號的反射信號，并同時進行傳輸；所述通感一體化基站配置m根發射/接收天線；所述star-ris配置n個元件，所述通信用戶與竊聽者每人配置單天線。
9、進一步的，所述步驟2中star-ris輔助安全通感一體化系統的通信模型及感知模型包括：
10、star-ris的透射和反射系數矩陣：
11、
12、βt,n、θt,n、βr,n、θr,n分別表示star-ris第n個元件的透射反射系數的幅值與相位。
13、基站接收的回波信號向量，具體公式為：
14、
15、其中表示基站向通信用戶的發射波束賦形矩陣，表示基站的專用感知信號波束賦形矩陣；表示基站向通信用戶發射的信息，表示基站向感知目標發送的信號；表示回回波信號的噪聲，σr2是噪聲功率；各自表示bs到目標，star-ris到目標，bs到star-ris的信道矩陣，(·)t表示轉置；φr表示star-ris的反射相移矩陣；
16、透射區和反射區用戶的接收信號，具體公式為：
17、
18、其中是噪聲功率，φi表示star-ris透射或反射相移矩陣。表示bs到第k個用戶，star-ris到第k個用戶的信道；
19、竊聽者的接收信號：
20、
21、其中是噪聲功率，分別表示bs到竊聽者，star-ris到竊聽者的信道；
22、基站的感知信噪比為：
23、
24、其中，(·)h表示共軛轉置；
25、透射區和反射區用戶信干噪比，具體公式為：
26、
27、其中，wk表示基站向用戶k發射的波束賦形向量，wj表示基站向其他用戶發射的波束賦形向量；
28、計算竊聽者信干噪比，具體公式為：
29、
30、用戶k的通信速率，具體公式為：rk＝log(1+γk)，竊聽者的通信速率，具體公式為：re,k＝log(1+γe,k)，用戶k的安全通信速率，具體公式為：其中[·]+表示只有大于0的值才有意義；系統的總安全通信速率，具體公式為：
31、
32、系統效用，具體公式為：
33、
34、其中p是基站發射功率，a表示感知性能的權重，b表示安全性能的權重，c表示功率的權重。
35、進一步的，所述步驟s3效用最大化問題建立為，以基站的感知信噪比和合法用戶的安全通信速率為約束，通過聯合優化star-ris相移矩陣和基站波束賦形矩陣來最大化通感一體化系統的系統效用，具體如下：
36、
37、
38、c3:p≤pmax
39、
40、其中w表示基站的預編碼矩陣，φt和φr表示star-ris的透射面和反射面系數矩陣，rth分別表示第k個用戶的安全通信速率、安全通信速率閾值，γt、γth分別表示第t個感知目標的回波信噪比、回波信噪比閾值，θi,n表示透射反射面系數的相位，約束條件c1能夠保證所有用戶的安全通信速率不低于一個閾值，保證用戶的隱私，約束條件c2能夠保證感知目標的回波信號的信噪比不低于一個閾值，約束條件c3保證基站的發射功率不超過上限，約束條件c4表示star-ris透射面和反射面的信號功率之和不會超過入射信號的功率，約束條件c5表示star-ris單元的相位限制。
41、進一步的，所述步驟s4中用噪聲自適應的深度強化學習算法對基站的發射波束賦形和star-ris的透射反射系數矩陣進行聯合優化的過程，包括以下步驟：
42、s41：定義系統狀態空間和動作空間以及獎勵函數，包括：
<本文檔來自技高網...【技術保護點】
1.一種STAR-RIS輔助安全通感一體化系統的智能波束賦形方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的STAR-RIS輔助安全通感一體化系統的智能波束賦形方法，其特征在于，所述步驟S1中的無線通信場景由一個通感一體化基站、一個STAR-RIS、T個感知目標、K個用戶以及一個竊聽者組成；所述STAR-RIS采用能量分割模式，即每個元件將入射信號分為透射信號的反射信號，并同時進行傳輸；所述通感一體化基站配置M根發射/接收天線；所述STAR-RIS配置N個元件，所述通信用戶與竊聽者每人配置單天線。
3.根據權利要求2所述的STAR-RIS輔助安全通感一體化系統的智能波束賦形方法，其特征在于，所述步驟2中STAR-RIS輔助安全通感一體化系統的通信模型及感知模型包括：
4.根據權利要求3所述的STAR-RIS輔助安全通感一體化系統的智能波束賦形方法，其特征在于，所述步驟S3效用最大化問題建立為，以基站的感知信噪比和合法用戶的安全通信速率為約束，通過聯合優化STAR-RIS相移矩陣和基站波束賦形矩陣來最大化通感一體化系統的系統效用，具體如
5.根據權利要求4所述的STAR-RIS輔助安全通感一體化系統的智能波束賦形方法，其特征在于，所述步驟S4中用噪聲自適應的深度強化學習算法對基站的發射波束賦形和STAR-RIS的透射反射系數矩陣進行聯合優化的過程，包括以下步驟：
6.根據權利要求5所述的STAR-RIS輔助安全通感一體化系統的智能波束賦形方法，其特征在于，所述步驟S5中采用噪聲自適應的深度強化學習算法對基站的發射波束賦形和STAR-RIS的透射反射系數矩陣進行聯合優化，包括：
7.一種電子設備，其特征在于，包括存儲器、處理器及存儲在所述存儲器上并可在所述處理器上運行的計算機程序，所述處理器執行所述程序時實現如權利要求1至6任一項所述的STAR-RIS輔助安全通感一體化系統的智能波束賦形方法。
8.一種非暫態計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，其特征在于，所述計算機程序被處理器執行時實現如權利要求1至6任一項所述的STAR-RIS輔助安全通感一體化系統的智能波束賦形方法。
...【技術特征摘要】
1.一種star-ris輔助安全通感一體化系統的智能波束賦形方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的star-ris輔助安全通感一體化系統的智能波束賦形方法，其特征在于，所述步驟s1中的無線通信場景由一個通感一體化基站、一個star-ris、t個感知目標、k個用戶以及一個竊聽者組成；所述star-ris采用能量分割模式，即每個元件將入射信號分為透射信號的反射信號，并同時進行傳輸；所述通感一體化基站配置m根發射/接收天線；所述star-ris配置n個元件，所述通信用戶與竊聽者每人配置單天線。
3.根據權利要求2所述的star-ris輔助安全通感一體化系統的智能波束賦形方法，其特征在于，所述步驟2中star-ris輔助安全通感一體化系統的通信模型及感知模型包括：
4.根據權利要求3所述的star-ris輔助安全通感一體化系統的智能波束賦形方法，其特征在于，所述步驟s3效用最大化問題建立為，以基站的感知信噪比和合法用戶的安全通信速率為約束，通過聯合優化star-ris相移矩陣和基站波束賦形矩...
【專利技術屬性】
技術研發人員：孫巍，白建涵，宋清洋，管瑩瑩，
申請(專利權)人：重慶郵電大學，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。