可重构智能反射表面辅助隐蔽通信系统的能效提升方法

本发明属于无线通信，具体涉及到可重构智能反射表面辅助隐蔽通信系统的能效提升方法。

背景技术：

1、近年来，随着大量的机密和隐私数据在无线通信系统中传输，如个人财务信息，信息的安全传输面临着巨大的挑战。为了实现传输的保密性，物理层安全技术被认为是一种很有前途的解决方案，它利用噪声和衰落信道的内在随机性来防止信息泄漏。然而，在某些情况下，例如在军事通信中，使用现有的物理层安全技术来保护通信内容是不够的，通信本身往往需要被隐藏起来以防止发现。因此，开发隐蔽的无线通信网络对于应对不断升级的威胁至关重要。与传统的物理层安全技术相比，由于通信本身被隐藏起来不被发现，所以它比物理层安全技术有更高的安全等级。

2、可重构智能反射表面由大量无源反射器件组成，作为6g系统潜在的核心技术之一，由于其能够通过软件控制反射自适应地重新配置无线信道，提高无线网络的性能受到了广泛关注。与传统中继相比，通过适当的配置可以解决无线信道中的衰落和干扰问题。此外，大量研究表明，可重构智能反射表面辅助无线通信可以大大提高系统性能，比如频谱效率和能量效率等。近年来，将可重构智能反射表面应用于隐蔽通信被认为是未来隐蔽无线通信的关键技术之一。

3、在隐蔽通信系统中采用可重构智能反射表面，不但可以提高系统的有效隐蔽传输速率，同时可以降低发射机和合法用户的传输中断概率，提升合法用户的解码成功概率，提升系统能效。

4、因此研究可重构智能反射表面辅助的隐蔽通信系统的系统能量效率最大化方法是非常有必要的。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术的缺点，提供一种传输方法简单、能效高的可重构智能反射表面辅助隐蔽通信系统的能效提升方法。

2、解决上述技术问题所采用的技术方案是由下述步骤组成：

3、(1)构建隐蔽通信系统

4、隐蔽通信系统由1个发射机与1个干扰机、1个接收机、1个监控器和、含有n个元素的可重构智能反射表面依次串联构成，构建成隐蔽通信系统，n为有限的正整数，发射机、干扰机、监控器和接收机上均设置有天线。

5、(2)确定干扰机的干扰方式

6、干扰机在每个潜在传输过程中以先验概率q发射干扰信号，干扰监控器。

7、(3)确定监控器的检测指标

8、监控器的检测指标包括按式最小平均检测错误概率ξ*和最优检测阈值τ*。

9、按式(1)确定监控器的最小平均检测错误概率ξ*：

10、

11、其中，diag(·)表示对角矩阵，pa是发射机的发射功率，为监控器处接收到的加性高斯白噪声，取值范围为-100～-80dbm，为干扰机的最大干扰功率，取值范围为50～60mw，l3和l4为路径损耗，取值范围为100-3×50-3～100-2.5×50-2.5，和为信道增益，取值范围为0.5～1，取值范围为0.5～1，θ为可重构智能表面的反射系数矩阵，τ1和τ2为检测阈值，θn为可重构智能反射表面第n个元素的相移，θn∈[0,2π)，n为有限正整数，βn为可重构智能反射表面第n个元素的幅度，βn取值为0.5～1。

12、按式(2)确定监控器的最优检测阈值τ*：

13、

14、(4)确定传输中断概率

15、按式(3)确定发射机到接收机的传输中断概率δb：

16、δb＝j0+q×j2                                                     (3)

17、

18、

19、其中，rb为发射机到接收机的阈值速率，rb取值范围为0.5～1bps/hz，m是高斯切比雪夫近似参数，m取值范围为100～150，t是高斯切比雪夫近似参数，t的取值范围为100～150，是接收机处的接收到的加性高斯白噪声，取值范围为-100～-80dbm，l1和l2是路径损耗，取值范围均为100-3×50-3～100-2.5×50-2.5，mar和mrb为信道衰落参数，mar和mrb取值范围均为1.5～3，和为信道增益，的取值范围为0.5～1，的取值范围为0.5～1。

20、(5)构建能效优化模型

21、按式(4)构建能效优化模型：

22、

23、上述模型的优化条件如下：

24、

25、其中，ee表示系统能效，ε表示系统的隐蔽容限水平，ε取值范围为0.1～0.2，能效优化包括发射功率优化、干扰发射概率优化，采用已有的交替迭代方法，得到发射功率的最优值，干扰发射概率的最优值。

26、(6)确定最优干扰发射概率和发射功率

27、按式(5)确定最优干扰发射概率q*：

28、

29、按式(6)确定最优发射功率pa*：

30、

31、完成可重构智能反射表面辅助隐蔽通信系统的能效提升方法。

32、在本发明的步骤(3)确定监控器的检测指标的式(1)中，所述的为监控器处接收到的加性高斯白噪声，的取值最佳为-90dbm，为干扰机的最大干扰功率，取值最佳为55mw，l3和l4为路径损耗，l3和l4的取值最佳为100-2.8×50-2.8，为信道增益，取值最佳为0.8，为信道增益，取值最佳为0.8；所述的βn为可重构智能反射表面第n个元素的幅度，βn取值最佳为0.8，θn为可重构智能反射表面第n个元素的相移，θn取值最佳为π。

33、在本发明的步骤(4)确定传输中断概率的式(3)中，所述的rb为发射机到接收机的阈值速率，rb的取值最佳为0.8bps/hz，是接收机处的接收到的加性高斯白噪声，取值最佳为-90dbm，m是高斯切比雪夫近似参数，m取值最佳为120，t是高斯切比雪夫近似参数，t取值最佳为120，mar为信道衰落参数，mar取值最佳为3，mrb为信道衰落参数，mrb取值最佳为2.5，为信道增益，取值最佳为0.8，为信道增益，取值最佳为0.8。

34、在本发明的步骤(5)构建能效优化模型的式(4)中，所述的ε为系统的隐蔽容限水平，ε取值最佳为0.15。

35、由于本发明采用概率干扰方法，优化了干扰机的干扰发射概率，发射机的发射功率，使得接收机不仅能正常接受隐蔽信息，还减小了干扰机的干扰信号对接收机解码过程的干扰，提高了系统能效。本发明具有传输方法简单、易于实现、系统能效高等优点，适用于无线协作通信领域。

技术特征：

1.一种可重构智能反射表面辅助隐蔽通信系统的能效提升方法，其特征在于它是由下述步骤组成：

2.根据权利要求1所述的可重构智能反射表面辅助隐蔽通信系统的能效提升方法，其特征在于：在步骤(3)确定监控器的检测指标的式(1)中，所述的为监控器处接收到的加性高斯白噪声，的取值为-90dbm，为干扰机的最大干扰功率，取值为55mw，l3和l4为路径损耗，l3和l4的取值为100-2.8×50-2.8，为信道增益，取值为0.8，为信道增益，取值为0.8；所述的βn为可重构智能反射表面第n个元素的幅度，βn取值为0.8，θn为可重构智能反射表面第n个元素的相移，θn取值为π。

3.根据权利要求1所述的可重构智能反射表面辅助隐蔽通信系统的能效提升方法，其特征在于：在步骤(4)确定传输中断概率的式(3)中，所述的rb为发射机到接收机的阈值速率，rb的取值为0.8bps/hz，是接收机处的接收到的加性高斯白噪声，取值为-90dbm，m是高斯切比雪夫近似参数，m取值为120，t是高斯切比雪夫近似参数，t取值为120，mar为信道衰落参数，mar取值为3，mrb为信道衰落参数，mrb取值为2.5，为信道增益，取值为0.8，为信道增益，取值为0.8。

4.根据权利要求1所述的可重构智能反射表面辅助隐蔽通信系统的能效提升方法，其特征在于：在步骤(5)构建能效优化模型的式(4)中，所述的ε为系统的隐蔽容限水平，ε取值为0.15。

技术总结
一种可重构智能反射表面辅助隐蔽通信系统的能效提升方法，由构建隐蔽通信系统、确定干扰机的干扰方式、确定监控器的检测指标、确定传输中断概率、构建能效优化模型、确定最优干扰发射概率和发射功率组成。本发明采用了概率干扰技术和可重构智能反射表面技术，建立了合理的传输信号模型，提出了一种适用于可重构智能反射表面辅助隐蔽通信系统的能效提升方法，该方法在相同的隐蔽容限水平条件下，消耗的通信相关的能量更少，提升了系统的能量效率。本发明具有传输方法简单、易于实现、系统能效高等优点，适用于无线协作通信技术领域。

技术研发人员：任远,闫钰卓,张雪薇,江帆,翟永智,卢光跃
受保护的技术使用者：西安邮电大学
技术研发日：
技术公布日：2024/11/14