一种智能超表面辅助的上行非正交多址隐蔽通信方法技术

本发明专利技术提供了一种智能超表面辅助的上行非正交多址隐蔽通信方法，属于隐蔽通信安全领域。为了提高频谱效率，在公共用户以变化的功率向基站发送公共信息的过程中，隐蔽用户不定时地向基站发送隐蔽信息。本发明专利技术借助智能超表面的辅助，不仅可以干扰监听者的检测，同时能够提高隐蔽信息传输速率。基于本发明专利技术中的系统模型，本发明专利技术提出了一种联合优化隐蔽用户发送功率和智能超表面相移矩阵的方法，该方法能够在实现隐蔽通信的同时提高隐蔽信息传输速率。在实现隐蔽通信的同时提高隐蔽信息传输速率。在实现隐蔽通信的同时提高隐蔽信息传输速率。

【技术实现步骤摘要】
一种智能超表面辅助的上行非正交多址隐蔽通信方法


[0001]本专利技术属于隐蔽通信安全领域，涉及一种在智能超表面辅助下提升隐蔽信息传输速率的实现方法。更具体地说，本专利技术在公共用户掩护和智能超表面的联合作用下，在满足隐蔽用户对隐蔽性需求的同时，提升了隐蔽信息的传输速率。

技术介绍

[0002]从传统的有线通信，发展到当今已经商用的第五代移动通信技术，通信机制发生了由模拟到数字、由智能传输语音信息到传输图片、文字等多种信息类型的巨大转变，极大推动了社会的变革和技术的创新。无线通信通过无线电磁波传输信号，不仅提高了信息传输的速率，同时增加了接收信息方式的灵活性。
[0003]如何保障通信安全一直是通信领域十分重要的研究课题。无线通信通过无线电传输信号的同时，也存在很大的安全隐患。其安全隐患表现在：第一，无线电波可以向各个方向传播，其他非法恶意的用户也会接收到电磁波的辐射并进行一系列的信号处理；第二，电磁波的穿透力比较强，信息在无线通信过程中很容易被监听和窃取。
[0004]在移动互联网、万物互联产业快速发展的背景下，越来越多的数据通过无线通信进行传播。由于无线通信的广播特性，特别是军事机密、医疗健康信息、政府机密、个人隐私等关键隐私数据面临着隐私信息泄露的严峻挑战，一旦遭受到窃听和破坏将造成难以估量的损失。为了解决无线通信的隐私安全问题，隐蔽通信作为一种物理层信息安全技术，通过迷惑监听者使其无法判断用户是否发送了信息，从根本上保障了隐私安全。但是，隐蔽通信对隐蔽用户的发送功率限制较为严格，这严重影响了用户的通信性能。为了实现有限频谱资源的高效利用以及满足多用户的服务质量，非正交多址技术通过将同一时频资源块分配多个用户的策略，有效地提升了用户的通信性能。
[0005]在现已公开的关于智能超表面(Reconfigurable Intelligent Surface，RIS)辅助的隐蔽通信专利技术专利中，主要提供了以下几种方法：在窃听者位置信息未知或噪声不确定性模型的情况下，通过无人机与智能超表面结合实现隐蔽通信；利用干扰机的干扰和智能超表面的反射共同实现隐蔽通信；利用智能超表面辅助多输入多输出系统实现隐蔽通信；基于信道不确定性和噪声不确定模型，利用智能超表面辅助隐蔽通信等。上述方法尽管有一定的创新型，但是也存在以下问题：首先，无线通信频谱资源日益紧张，上述方法大都是针对单用户下行通信场景，无法适应未来多用户的通信场景；其次，上述方法并没有考虑智能超表面相移不确定性对监听者的干扰作用。
[0006]随着短视频、虚拟现实、高清直播等业务的深入发展，上行通信的性能将变得至关重要。因此，本专利技术针对上行非正交多址通信场景，提出了一种智能超表面辅助的通信传输方法。

技术实现思路

[0007]本专利技术提出了一种智能超表面辅助的上行非正交多址隐蔽通信传输方法。在智能
超表面辅助和公共用户的掩护下，隐蔽用户能够实现隐蔽通信，具体方案如图1。基于此系统模型，本专利技术提供了一种联合优化隐蔽用户发送功率和智能超表面相移的方法，从而提升了隐蔽信息的传输速率。
[0008]本专利技术的具体技术方案如下：
[0009]一种智能超表面辅助的上行非正交多址隐蔽通信方法，其特征在于：联合利用公共用户发送功率和智能超表面相移的不确定性，降低监听者检测性能的同时提高隐蔽信息的传输速率；本方法步骤如下：
[0010]步骤一：构建系统模型，具体为：
[0011]1)在一个上行通信场景中，公共用户一直向基站发送公共信息x
c
，而隐蔽用户在智能超表面辅助下不时地向基站发送隐蔽信息x
a
；同时，监听者通过检测通信环境判断隐蔽用户是否发送了信息；由于隐蔽用户是远用户，隐蔽用户到基站和监听者的直传链路不予考虑；
[0012]2)采用基于距离路径损耗的类静态块衰落信道模型，即h
ar
、h
rb
、h
rw
分别代表隐蔽用户、基站和监听者与RIS之间的信道衰落系数，对应的距离分别为d
ar
、d
rb
和d
rw
；h
cw
和h
cb
分别表示公共用户和监听者到基站之间的信道衰落系数，对应的距离分别为d
cw
和d
cb
；所有的信道衰落系数都独立同分布于均值为0、方差为1的复高斯分布；基站和监听者都受到均值为0、方差为σ
02
的加性高斯白噪声的影响；
[0013]步骤二：引入智能超表面辅助隐蔽通信，具体为：
[0014]1)根据步骤一中的系统模型和信道模型，基站的接收信号为：
[0015][0016]其中y
b
[i]表示基站在第i个符号周期的接收信号，Θ表示智能超表面的相移矩阵，x
a
[i]和x
c
[i]分别表示隐蔽用户和公共用户在第i个符号周期的发送信号，P
a
和P
c
分别表示隐蔽用户和公共用户的发送功率，r
b
[i]表示基站端在第i个符号周期的加性高斯白噪声，L(d
ar
)、L(d
rb
)、L(d
cb
)分别表示隐蔽用户、基站和监听者与RIS之间的路径损耗，H表示向量的共轭转置运算；
[0017]2)基站使用串行干扰消除方法解码信息；其首先解码公共用户的信息，然后解码隐蔽用户的信息；基站解码公共用户信息的信干噪比γ
c
为：
[0018][0019]其中|g
cb
|2和|g
ab
|2分别表示公共用户与基站之间、隐蔽用户与基站之间的信道增益；当公共用户的信息被解码后，基站解码隐蔽用户信息的信噪比γ
a
为：
[0020][0021]因此，公共用户可实现的速率R
c
和隐蔽用户可实现的速率R
a
分别为：
[0022]R
c
＝log2(1+γ
c
)
ꢀꢀꢀ
(4)
[0023]R
a
＝log2(1+γ
a
)
ꢀꢀꢀ
(5)
[0024]步骤三：利用公共用户变化的发送功率和智能超表面相移的统计特性干扰监听者的检测，具体为：
[0025]1)为了判断隐蔽用户是否发送了信息，监听者采用二元假设检验原理进行判决；根据步骤一中的系统模型和信道模型，监听者的接收信号为：
[0026][0027]其中y
w
[i]表示监听者在第i个符号周期的接收信号，r
w
[i]表示监听者端在第i个符号周期的加性高斯白噪声，L(d
cw
)、L(d
rw
)分别表示公共用户、智能超表面与监听者之间的路径损耗，H0和H1分别表示零假设和非零假本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能超表面辅助的上行非正交多址隐蔽通信方法，其特征在于：联合利用公共用户发送功率和智能超表面相移的不确定性，降低监听者检测性能的同时提高隐蔽信息的传输速率；本方法步骤如下：步骤一：构建系统模型，具体为：1)在一个上行通信场景中，公共用户一直向基站发送公共信息x
c
，而隐蔽用户在智能超表面辅助下不时地向基站发送隐蔽信息x
a
；同时，监听者通过检测通信环境判断隐蔽用户是否发送了信息；由于隐蔽用户是远用户，隐蔽用户到基站和监听者的直传链路不予考虑；2)采用基于距离路径损耗的类静态块衰落信道模型，即h
ar
、h
rb
、h
rw
分别代表隐蔽用户、基站和监听者与RIS之间的信道衰落系数，对应的距离分别为d
ar
、d
rb
和d
rw
；h
cw
和h
cb
分别表示公共用户和监听者到基站之间的信道衰落系数，对应的距离分别为d
cw
和d
cb
；所有的信道衰落系数都独立同分布于均值为0、方差为1的复高斯分布；基站和监听者都受到均值为0、方差为的加性高斯白噪声的影响；步骤二：引入智能超表面辅助隐蔽通信，具体为：1)根据步骤一中的系统模型和信道模型，基站的接收信号为：其中y
b
[i]表示基站在第i个符号周期的接收信号，Θ表示智能超表面的相移矩阵，x
a
[i]和x
c
[i]分别表示隐蔽用户和公共用户在第i个符号周期的发送信号，P
a
和P
c
分别表示隐蔽用户和公共用户的发送功率，r
b
[i]表示基站端在第i个符号周期的加性高斯白噪声，L(d
ar
)、L(d
rb
)、L(d
cb
)分别表示隐蔽用户、基站和监听者与RIS之间的路径损耗，H表示向量的共轭转置运算；2)基站使用串行干扰消除方法解码信息；其首先解码公共用户的信息，然后解码隐蔽用户的信息；基站解码公共用户信息的信干噪比γ
c
为：其中|g
cb
|2和|g
ab
|2分别表示公共用户与基站之间、隐蔽用户与基站之间的信道增益；当公共用户的信息被解码后，基站解码隐蔽用户信息的信噪比γ
a
为：因此，公共用户可实现的速率R
c
和隐蔽用户可实现的速率R
a
分别为：R
c
＝log2(1+γ
c
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)R
a
＝log2(1+γ
a
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)步骤三：利用公共用户变化的发送功率和智能超表面相移的统计特性干扰监听者的检测，具体为：1)为了判断隐蔽用户是否发送了信息，监听者采用二元假设检验原理进行判决；根据步骤一中的系统模型和信道模型，监听者的接收信号为：
其中y
w
[i]表示监听者在第i个符号周期...

【专利技术属性】
技术研发人员：张佳，刘金发，李静，孙建德，
申请(专利权)人：山东师范大学，
类型：发明
国别省市：