[发明专利]一种基于级联IRSs与合法用户协同安全传输策略分析方法

说明书

本发明公开了一种基于级联IRSs与合法用户协同安全传输策略分析方法，该方法获取通信信道的信道状态信息，进一步得到合法用户的安全传输速率表达式；构建了合法用户安全传输速率C_s最大化目标函数和约束条件P1。通过固定合法用户接收波束成形w_u和IRS无源反射θ_i,n的约束，来优化合法用户干扰波束W，将问题P1转换为表达式P2，获取合法用户U1的最大化安全传输速率SR；通过固定合法用户接收波束w_u以及其主动干扰波束W，优化IRS2的无源波束θ_i,n，将问题P1转换为表达式P3，获取合法用户U1的最大化安全传输速率SR；通过固定合法用户主动干扰W和IRS2的无源反射θ_i,n的约束，来优化合法用户的接收波束w_u，本发明符合未来移动通信发展的趋势，具有应用性广、实用性强的优势。

技术领域

本发明涉及一种基于级联IRSs与合法用户协同安全传输策略分析方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

随着通信质量需求的提高和通信场景的复杂化，信息安全问题受到越来越严峻的考验，传统的基于密码的上层加密算法寄托于计算机有限计算能力很可能不再安全，仅仅依靠上层的加密算法面对随处可在的恶意窃听并非万无一失，安全问题在现代的信息通信中显得尤为重要。另一方面，随着物联网的进一步的应用，使得大规模终端设备接入急剧增多。此时，大量的无线网络连接都可能会导致通信系统的安全问题，特别是在异构和分散的未来无线网络中。而现有的5G技术在满足社会生活通信安全需求的同时，存在着超复杂的技术、高昂的硬件成本和高耗能等问题。因此，作为未来6G研究技术之一，智能反射面(IRS)技术不仅实现无线网络具有低功耗、低复杂度、低成本特点，还能增强系统通信效率，提高通信系统的安全性。智能反射面技术自被提出以来就引起了国内外通信领域中科研人员持续广泛的关注与研究。因此，研究IRS在6G中的应用具有重大的战略意义。

利用IRS辅助无线通信不仅能够提高用户的信号质量，而且还能增强用户的安全传输速率。相关文献表明，目前大多数现有的部署单个IRS的工作都考虑了这样一种情况，即一个或多个分布式IRSs通过单一信号反射或只有一个IRS的被动波束成形来辅助基站(BS)和用户之间的通信。然而，这种简化的方法在实践中可能无效，而有关级联的IRSs在提升通信系统物理层安全方面的研究较少，因此研究级联的IRS增强用户安全性具有较大的应用前景。

发明内容

针对现有技术的缺陷及不足，本发明提供一种基于级联IRSs与合法用户协同安全传输策略分析方法。其目的在于提供一种高效的优化算法以实现合法用户U1安全传输速率C_s最大化。

为实现上述发明目的，本发明提供一种基于级联IRSs与合法用户协同安全传输策略分析方法，该方法包括如下步骤：

(1)获取基站到IRS1、IRS2到合法用户U1以及IRS2到窃听用户Eve间的信道状态信息，并推导合法用出户的信干噪比和窃听用户的信干噪比分别为γ_u和γ_e，可取的合法用户U1的安全传输速率C_s为

C_s＝[log(1+γ_u)-log(1+γ_e)]⁺

其中(·)⁺＝max{·,0}，

γ_u表示合法用户U1的信号与干扰加噪声比，γ_e表示合法用户Eve的SINR，P_B为基站的总发射功率，表示合法用户发射的干扰波束成形，合法用户的接收波束，为窃听用户的接收波束，为合法用户发射主动干扰信号到多个窃听用户的信道，