[发明专利]一种智能反射面辅助的功率域NOMA安全通信系统设计方法

说明书

本发明提供一种智能反射面辅助的功率域NOMA安全通信系统设计方法，包括外部窃听和内部窃听两种场景，基站通过智能反射面的辅助发送信息给合法的非正交用户，设计方法包括建立智能反射面辅助NOMA安全通信系统模型、给出合法用户和窃听用户的接收信号表达式和检测信噪比，利用1‑bit编码机制将反射单元的连续相移转变为随机相移，通过“1”和“0”对反射单元进行开关控制，以最大化合法用户的接收信干噪比，抑制窃听者的性能，推导出非正交用户的安全中断概率理论表达式。本发明相对于智能反射面辅助的OMA系统，提高了安全中断概率性能，具有较好的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种智能反射面辅助的功率域NOMA安全通信系统设计方法，属于无线通信技术领域，尤其是涉及两种窃听模型(外部窃听和内部窃听)以及一种将反射单元上连续相移转变为随机相移的1-bit编码方法。

背景技术

随着5G通信系统的商业部署，6G移动通信网络的多址接入技术需要从系统和网络的角度出发，实现给定物理资源条件下网络总接入用户数和总吞吐量的有效提升。功率域NOMA技术借助于叠加编码机制将多个用户的信息在相同的物理资源上传输，能够增强无线通信系统的频谱效率以及用户连接密度；在多址接入信道和退化广播信道下，发送端使用叠加编码机制将多个用户的信息进行叠加发送，接收端使用串行干扰删除机制进行多用户检测可以达到多用户系统的容量界。功率域NOMA允许大量用户同时接入相同的信道进行通信，提高了用户接入通信网络能力，达到与机会式通信相同的系统吞吐量性能。

无线信道的开放性和差异化的通信服务需求使得用户的信息安全和隐私保护显的尤为重要，安全通信是保证无线通信网络能够提供给用户稳定、可靠性服务的关键。物理层安全技术充分利用无线信道的多样性、时变性和互易性特点，在保证合法用户安全接收私密信息的同时窃听者无法获得任何有用信息。在NOMA网络中，由于发送端采用叠加编码接收端使用串行干扰删除解码的特性，有可能存在恶意拦截、窃听用户信息的情况(外部窃听)或导致非正交用户成为被动偷听者(内部窃听)。因此，如何从物理层保障NOMA网络的安全通信，是需要考虑的关键问题。

智能反射面辅助无线通信作为一种新兴技术受到了学术界和工业界的广泛关注，它由金属、介质和可调元件构成的人造电磁单元排列组成。电磁单元的尺寸大小、几何结构和排列方式决定了它们的反射特性。例如通过施加在变容二极管上的电压或光敏元件上的光强，可以动态地控制这些电磁单元的电磁性质；通过改变电磁单元的反射系数和透射系数，进而实现以可编程的方式调控电磁波的各种参数。智能反射面不仅可以执行无源反射功能，还具有无源吸收、透射和散射等能力。通过软件控制，它能实现对无线传播环境的主动改善和定制，可以根据所需无线功能对无线信号进行灵活调控，例如保障通信网络安全、减小电磁污染和提高系统吞吐量等，实现对无线传播环境的智能调控。目前智能反射面辅助NOMA的安全无线通信已经成为学术界和工业界的研究热点。

发明内容

本发明的目的在于在功率域NOMA系统中引入智能反射面，充分发挥两者优势，实现有限通信资源上的实现安全可靠传输，设计高效的安全通信传输方案。

一种智能反射面辅助的功率域NOMA安全通信系统设计方法，其包括以下步骤：

步骤一：建立智能反射面辅助功率域NOMA安全通信系统模型，写出合法用户以及外部和内部两种窃听场景下窃听者的接收信号表达式；

步骤二：近端用户使用串行干扰删除先检测远端用户的信号将其删除，然后再检测自己的信号；远端用户直接将近端用户的信号当作干扰解码自身信号；

步骤三：对于外部窃听场景，窃听者首先将近端用户的信息作为干扰信号解码出远端用户信息并将其删除，然后再解码近端用户的信息；对于内部窃听场景，将远端用户作为窃听者解码近端用户信息；

步骤四：对步骤二和步骤三中给出的用户检测信干噪比进行处理，使用1-bit编码机制将智能反射面的连续相移转变为随机相移，以最大化合法用户的信干噪比；