[发明专利]一种基于RIS辅助D2D保密通信的资源分配方法及装置

说明书

本发明提供了一种基于RIS辅助D2D保密通信的资源分配方法及装置，包括：采用RIS辅助D2D通信，保证基站发射功率约束、D2D传输速率约束、RIS相移约束，得到CU最大保密传输速率模型；对发射波束和RIS联合设计，得到线性分式规划约束模型；构建并行CNN模型，通过对其训练，得到最佳模型，进而求得最大保密传输速率。本发明提出基于一种并行CNN的资源分配算法，相对于传统的无RIS保密传输方案和采用人工噪声方案，在保证D2D用户正常通信前提下显著提高了CU的保密速率。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种基于RIS辅助D2D保密通信的资源分配方法及装置。

背景技术

随着物联网(IoT)业务的高速发展，数据流量需求显著增长，无线频谱资源紧缺的现象日益严重。3GPP正在不断推进新兴的无线通信技术，设备到设备(D2D)通信被认为是第五代无线通信(5G)中具有前景的技术之一。D2D技术不仅能提高频谱利用率和系统容量，还能降低信息传输时延和基站负载压力。此外，D2D已正式被列为应急通信领域的标准技术，针对应急通信中频谱短缺的问题，引入D2D技术能有效提高频谱利用率。

D2D技术可以实现D2D通信用户与蜂窝用户(CU)之间频谱资源共享。但同时也将增加系统干扰，将严重影响通信质量甚至无法正常通信。

另一方面，智能超表面(RIS)作为一种新的革命性技术，能实现频谱和能量的高效利用。RIS由大量的无源低成本反射单元构成，每个反射单元能够调整入射电磁波的相位和振幅，并对其进行反射。因此，可以利用RIS设计无源波束，即通过改变每个反射单元反射系数(包括相位和振幅)来增强所需信号并抑制干扰。RIS的典型架构包括一个智能控制器和三层结构(反射原件、铜背板和控制电路板)。与RIS相连的控制器可以智能调节反射系数，并与其他网络组件通信，以实现对无线传播环境的重新配置，从而在物理层的层面上提升D2D通信系统的抗干扰能力。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于RIS辅助D2D保密通信的资源分配方法及装置，能够在基站发射功率约束约束、RIS相移约束和D2D通信速率约束情况下，求得CU最大保密速率，从而安全有效传输信息。

第一方面，本发明提供一种基于RIS辅助D2D保密通信的资源分配方法，所述方法包括：

S1：采用RIS辅助D2D通信，保证基站发射功率约束、接收能量功率约束，得到最小发射功率模型；

S2：对发射波束和RIS相移进行联合设计，得到线性分式规划约束模型；

S3：构建并行CNN模型，用数据集对其进行训练，得到最优并行CNN模型，最终求得最佳资源分配方案；

优选地，所述步骤S1具体包括：

根据Saleh-Valenzula信道模型，得到CU、i-th D2D和Eavesdropper(Eve)的信号矢量分别为：

其中，为基站波束赋形向量；为第i个DT的发射功率；Θ为RIS的相移矩阵，满足主对角线θ_n＝(0,2π)表示组合入射信号第n(1≤n≤N)个元素的相移；s为基站的发射信号；为第i个DT的发射信号；n₁，n₂，n₃均为加性高斯白噪声，且满足n_i～CN(0,σ²),i＝1,2,3。

优选地，所述步骤S2具体包括：

在具有完备的信道信息状态情况下，对发射波束和RIS进行联合设计，得：