[发明专利]一种RIS辅助的WPCN系统物理层安全通信方法

权利要求书

1.一种RIS辅助的WPCN系统物理层安全通信方法，其特征在于，该WPCN系统包括1个配备N根发射天线构成均匀线形阵列的基站、1个配备M个反射单元构成均匀矩形阵列的控制器RIS、1个配备单天线的合法用户User和1个配备单个天线窃听端Eve，所述物理层安全通信方法的实现步骤如下：

S1、在传输开始前，基站向包括用户User和控制器RIS在内的所有接收端发送广播指令，所有接收端收到广播指令后向基站发送训练信号；

S2、基站根据接收的训练符号对WPCN系统上行合法信道进行估计，得到基站与控制器RIS的信道信息基站与用户User的信道信息其中表示基站的第i根天线与控制器RIS之间的信道信息，h_i表示基站的第i根天线与User之间的信道信息，表示复数域，通过信道信息的对称性获取基站与用户User的下行合法信道；

S3、定义最大化系统安全传输速率的优化问题如下

P1:

s.t.C1:0≤τ_k≤1,k＝0,1

C2:τ₀+τ₁＝1

C3:||f||²≤P_max

C4:|e_m|²＝1,

C5:|q_m|²＝1,

式中f＝[f₁,f₂,...,f_i...,f_N]表示基站波束赋形因子，f_i表示基站第i根天线的波束赋形因子，τ＝[τ₀,τ₁]^T表示时间分配因子，τ₀表示基站传输能量信号的时间因子，τ₁表示用户User传输信息信号的时间因子，e＝[e₁,e₂,...,e_m,...,e_M]^T表示控制器RIS能量反射系数向量，|e_m|²＝1,q＝[q₁,q₂,...,q_m,...,q_M]^T表示控制器RIS信号反射系数向量，|q_m|²＝1,R＝[τ₁(R_U-R_E)]⁺＝maxτ₁(R_U-R_E),0表示WPCN系统的安全传输速率，R_U＝log₂(1+γ_U)表示基站接收到用户User的信息速率，表示信噪比，表示上行链路用户User向基站发送信息信号的总信道增益，表示用户User的噪声功率，表示下行链路基站向用户User发送能量信号的总信道增益，μ_r|h_Uf|²表示收集电路本身的功率消耗，μ_r表示电路损耗因子；R_E＝log₂(1+γ_E)表示用户User被窃听端Eve窃听到的信息速率，表示窃听端信噪比，表示窃听端Eve窃听用户User发出信号的信道增益，表示窃听端Eve的噪声功率；P_max表示基站最大发送功率；P＝min|h_Uf|²,P_sat表示用户User接收功率，其中P_sat表示用户User最大接收功率，|h_Uf|²表示基站给用户传输的功率；约束条件C1和C2表示时间分配因子的可能取值；约束条件C3表示基站波束赋形因子f可能的取值；约束条件C4和C5分别表示e_m和q_m可能的取值；

S4、基站生成信号s，该信号s服从均值为0方差为1的高斯分布，在传输时隙t₀＝τ₀T中，其中T表示一个传输时隙的时间，利用基站波束赋形因子f，对信号s进行波束成形，基站向用户User传输的能量信号为y_U＝(f·s)。