[发明专利]基于随机频率阵列和智能反射面的无线安全传输方法

说明书

本发明涉及一种基于随机频率阵列和智能反射面的无线安全传输方法，提供一多用户系统包括依次连接的发射端天线、智能反射面控制器和智能反射面，具体包括以下步骤：构建多用户系统模型，选取系统中所有期望用户的最大化信泄噪比加权和作为系统的目标函数；通过结合相应的凸优化理论，运用交替迭代优化的思想，得到相应的有源波束成形向量和无源波束成形矩阵,即得到智能反射面的反射矩阵。本发明基于随机频率阵列和智能反射面，能够实现多用户系统的安全传输，保证隐私信号到达期望用户的安全性能并且不被窃听用户拦截。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种基于随机频率阵列和智能反射面的无线安全传输方法。

背景技术

近年来，无线通信的应用渗透到人们生活的方方方面，移动通信网络的飞速发展极大的改变了人们的生活方式。随着第五代无线通信系统中移动数据流量的激增，信息流的安全传输问题越来越受到人们的关注。随着数据流的激增，无线通信系统中传输的信息也存在更大的泄露以及被窃听的可能，所以为了保证信息传输的安全，我们也需要利用新的技术来提高新一代通信系统的物理层安全性能。作为高层加密技术的补充，物理层安全作为无线通信通信安全领域的一个前沿课题，受到越来越多研究者的重视。而方向调制技术作为一种有效的物理层安全传输技术，通过波束成形技术或人为噪声处理等手段,在期望方向上保留隐私信号的原始星座图,而在其他所有非期望方向上,接收到的信号星座图则会发生扭曲或被严重扰乱,从而只有期望用户能够正确恢复出信号,窃听用户误码性能恶化而无法正常解调出隐私信息。

如今物理层安全技术的实现多单依赖于可以实现角度和距离二维安全传输的随机频率天线阵列来实现。随机频率阵列的基本原理是每个空间信道发射连续波信号，在相邻的信道间引入随机的频率偏移量。随机频率阵列引入的微小随机的频率偏移量使得其波束方向图随距离以及角度变化而变化。而传统的相控阵的波束方向图只与角度相关。随机频率阵列通过引入角度信息为信号传输提供了新的波束成形和控制方法。在只有随机频率阵列参与的工作中，多利用带有人工噪声的方向调制技术辅助实现系统的安全传输，但是方向调制技术中的人工噪声会在一定程度上浪费信道频谱带宽资源。近年来，由于新材料技术的发展，智能反射面技术变得更多的应用于无线通信领域。智能反射面一般为由多个元素单元构成的一个大型无源反射面。所有元素单元与一个控制器相连接，由该控制器根据系统信道特性适应性的调整智能反射面的反射角度和反射强度，使其反射的波束模式更好的满足系统传输的需要。将多种技术结合在节省信道资源和提高安全传输两方面都具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于随机频率阵列和智能反射面的无线安全传输方法，能够实现多用户系统的安全传输，保证隐私信号到达期望用户的安全性能并且不被窃听用户拦截。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于随机频率阵列和智能反射面的无线安全传输方法，提供一多用户系统包括依次连接的发射端天线、智能反射面控制器和智能反射面，具体包括以下步骤：

构建多用户系统模型，选取系统中所有期望用户的最大化信泄噪比加权和作为系统的目标函数；

通过结合相应的凸优化理论，运用交替迭代优化的思想，得到相应的有源波束成形向量和无源波束成形矩阵,即得到智能反射面的反射矩阵。

进一步的，所述多用户系统模型包括依次连接的发射端天线、智能反射面控制器和智能反射面；所述发射端天线采用具有M个天线阵元的随机频率分集阵列，智能反射面为由N个反射单元组成的方形阵列，系统中存在K个期望用户以及L个窃听用户，每个期望用户与窃听用户的天线数目均为1。

进一步的，所述期望用户的最大化信泄噪比加权，具体如下：

首先，发射端随机频率分集阵列中每个天线阵元的频率为：

f_m＝f_c+k_mΔf,m＝1,2,...,M (1)