[发明专利]一种智能反射面的安全Massive MIMO系统资源分配方法

说明书

本发明提供一种智能反射面的安全Massive MIMO系统资源分配方法，包括：建立基于智能反射面的安全Massive MIMO系统模型；初始化量子天牛群；确定量子天牛群中每只量子天牛的左须和右须的量子位置及适应度；更新量子天牛群中每只量子天牛的量子速度、速度和量子位置；更新每只量子天牛的局部最优量子位置、整个量子天牛群的全局最优量子位置，更新步长、惯性权重及左右须之间的距离；判断是否达到最大迭代次数，将最佳资源分配方法输出；本发明设计了量子天牛群搜索机制，应用智能反射面在限制窃听容量的同时最大化系统容量，提高Massive MIMO系统的安全性能以及资源利用率。

技术领域

本发明涉及的是基于量子天牛群搜索机制的智能反射面安全Massive MIMO系统资源分配方法，属于Massive MIMO安全通信技术领域。

背景技术

Massive MIMO技术作为5G通信中提高系统容量、传输速率和频谱利用率的关键技术，具有可靠性强、能量效率高等优点。智能反射面是由多个低成本被动无源反射元件所构成的平面阵列，被放置在基站与用户接收端之间，其中每个元件都可以改变入射信号的相位。智能反射面技术被认为是6G通信的潜在技术之一，能够实现重新配置传播环境，提高无线通信的频谱效率和能量效率。怎样将智能反射面技术应用到Massive MIMO通信系统从而降低系统能耗、改善通信网络边缘用户体验、提高Massive MIMO系统容量及安全性能成为了一个热点。

针对应用智能反射面的无线通信场景，Zhaorui Wang等在《2020IEEE 21stInternational Workshop on Signal Processing Advances in WirelessCommunications》上发表的“Intelligent Reflecting Surface Assisted Massive MIMOCommunications”研究了在Massive MIMO通信系统中采用智能反射面来进一步提高上行链路波束成形增益的可行性，但是没有分析用户天线数不唯一的情况。朱政宇等在《通信学报》(2021,vol.42,no.04,pp.185-193)上发表的“基于IRS辅助的SWIPT物联网系统安全波束成形设计”提出了一种安全波束成形设计方法，以最大化能量采集器采集功率为目标，联合优化基站发射波束成形矩阵和干扰机协方差矩阵以及IRS相移，将问题建模为具有二次型约束的非凸二次型规划问题，然后将非凸的二次型问题转化为等价的凸问题，并提出一种交替迭代优化算法获取原问题的可行解，但并未分析系统容量，并且只考虑了通信系统只存在一个单天线接收端的场景。

通过与现有文献对比，尚未发现基于惩罚机制的智能反射面安全Massive MIMO系统资源分配，更未有学者针对智能反射面安全Massive MIMO系统资源分配难题设计量子天牛群搜索机制进行满足系统要求资源分配方案的快速求解。

发明内容

针对目前的基于智能反射面的安全Massive MIMO通信系统存在的问题，提出了一种系统资源分配方法，设计了量子天牛群搜索机制，应用智能反射面在限制窃听容量的同时最大化系统容量，提高Massive MIMO系统的安全性能以及资源利用率。

本发明的目的是这样实现的：步骤如下：

步骤一，建立基于智能反射面的安全Massive MIMO系统模型；

步骤二，初始化量子天牛群；

步骤三，确定量子天牛群中每只量子天牛的左须和右须的量子位置及适应度；

步骤四，更新量子天牛群中每只量子天牛的量子速度、速度和量子位置；

步骤五，更新每只量子天牛的局部最优量子位置、整个量子天牛群的全局最优量子位置，更新步长、惯性权重及左右须之间的距离；