一种复杂信道条件下基于RIS-NOMA的无线安全通信方法技术

本发明专利技术涉及无线通讯技术领域，公开了一种复杂信道条件下基于RIS

【技术实现步骤摘要】
一种复杂信道条件下基于RIS
‑
NOMA的无线安全通信方法


[0001]本专利技术涉及无线通讯
，具体涉及一种复杂信道条件下基于RIS
‑
NOMA的无线安全通信方法。

技术介绍

[0002]受经济和环境问题以及下一代物联网(Internet of Things,IoT)系统规模的驱动，节能的高带宽无线技术的设计正变得至关重要。可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface,RIS)是无线通信领域的一项革命性技术，它可以独立地配置入射到自身表面的电磁信号的相移，从而智能地创建一个更好的无线传播环境。由于RIS消除了发射射频链路的使用，且仅在短距离内运行，因此可以大量密集部署，低成本，低能耗，且不需要对无源RIS进行复杂的干扰管理。此外，在实际应用中，RIS可以安装在任意形状的表面上，以满足不同的应用场景，但其底层的通信建模和问题需要进一步研究。综上所述，RIS在通信系统直连链路受到阻塞的情况下，可以有效改善传输环境，提高传输性能。
[0003]虽然使用RIS技术能够带来很多好处，然而简单地使用RIS通信可能不足以满足6G通信海量接入的需求，而功率域非正交多址接入(Non
‑
orthogonal Multiple Access,NOMA)技术不仅能够实现大量的多址接入，而且与正交多址接入方案相比，还保持了用户公平性。因此，功率域NOMA与智能反射面(RIS)的结合有望在即将到来的6G时代被广泛应用。
[0004]由于NOMA和RIS技术被越来越广泛地应用于各种复杂多样的场景中，并且下一代无线网络的目标是为从水下网络到卫星通信和人体传感器等各种网络提供一个聚合平台，这促使我们探索下行功率域NOMA辅助RIS系统在非均匀和复合衰落环境下的性能，如κ
‑
μ阴影衰落，它包含由反射不同物理性质的障碍物、散射原件等组成的不均匀环境，并且已被广泛应用于陆地移动卫星信道、水声信道、并且应用于身体中心网络中的人体阴影时，与测量结果也非常吻合。与此同时，相比于被广泛使用的瑞利莱斯等信道，κ
‑
μ阴影衰落也可有效提升系统的物理层安全性能。
[0005]此外，在各类实际通信系统中，无线节点的收发器硬件总是会不可避免地受到各类损耗，虽然这些损耗可以通过一些补偿和校准算法来减轻，但是仍会存在校准不正确的情况，导致硬件损耗无法全部去除。硬件损耗对系统性能也有及其重要的影响。
[0006]因此，在本专利技术中，我们考虑一个在直接通信链路受到遮挡或者阻塞的通信场景里，存在窃听者的下行NOMA通信系统，利用RIS辅助传输以提高系统的物理层安全性能，并且为了进一步提升系统的物理层安全性能且适用于实际通信环境，我们考虑了κ
‑
μ阴影衰落信道并假设收发器硬件均存在硬件损耗，然后计算系统的中断概率和截获概率。

技术实现思路

[0007]在含有窃听者且直接链路受到遮挡或阻塞的NOMA系统中，为了提高系统的物理层安全性能，本专利技术提供了一种复杂信道条件下基于RIS
‑
NOMA的无线安全通信方法。首先，假设在基站与合法NOMA用户和窃听者之间安装有一个智能反射面，在系统存在RHI的情况下，
计算合法NOMA用户和窃听者的信号干扰加失真噪声比(SIDNR)；其次，我们考虑阴影衰落并且为了简化过于复杂的计算过程，将阴影衰落的概率密度函数和累积分布函数进行近似；最后，计算合法用户和窃听者的中断概率和截获概率。
[0008]为了达到上述目的，本专利技术采用了下列技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供了一种复杂信道条件下基于RIS
‑
NOMA的无线安全通信方法，所述RIS
‑
NOMA为RIS
‑
NOMA通信系统包括：基站BS、智能反射面RIS、合法NOMA用户和窃听者Eve；其中，合法NOMA用户包括合法远用户D
m
和合法近用户D
n
，基站BS与智能反射面RIS进行通讯，智能反射面RIS则与合法NOMA用户进行通讯，同时窃听者Eve截获RIS发射的信号，任意信道链路服从κ
‑
μ阴影衰落，另外所述系统中每一个节点都存在硬件损耗RHI；
[0010]所述无线安全通信方法包括以下步骤：
[0011]步骤1，在系统存在RHI的情况下，计算合法NOMA用户和窃听者Eve的信号干扰加失真噪声比SIDNR；
[0012]步骤2，将κ
‑
μ阴影衰落的概率密度函数和累积分布函数进行近似；
[0013]步骤3，计算合法NOMA用户的中断概率和窃听者Eve的截获概率；
[0014]步骤4，将求解合法NOMA用户中断概率和窃听者Eve截获概率转化为求解对应联合信道等效信道系数累积分布函数，完成系统的物理层安全传输性能衡量。
[0015]进一步，所述步骤1的具体过程为：
[0016]系统中基站BS到第i个RIS反射面的信道系数为h
si
，RIS到合法NOMA用户和窃听者Eve的信道系数分别为u∈(n,m)和g
ie
；
[0017]NOMA系统中，由于合法近用户D
n
比合法远用户D
m
距离基站BS更近，其信道条件更强。根据NOMA原理，较少的发射功率分配给D
n
，较多的功率分配给D
m
；对于D
n
，因为距离基站较近，信道增益较大，相应分配的功率比较少，所以自身的信号强度也较小。D
n
需要通过SIC消除信道增益弱信号x
m
。
[0018]D
n
检测弱信号x
m
时的信号干扰加失真噪声比SIDNR表示为：
[0019][0020]其中，αm和αn代表合法远用户D
m
和合法近用户D
n
的功率分配系数，且满足α
n
＜α
m
，α
m
+α
n
＝1，代表合法链路的平均信噪比，P
s
为BS发射功率，为加性高斯白噪声(AWGN)信道方差；代表BS
→
D
n
链路的总体RHI水平；代表BS
→
D
n
链路的联合信道系数，其中h
si
是BS
→
RIS链路的信道系数，是RIS
→
D
n
链路的信道系数，|
·
|代表求模，d
B
，d
R,n
分别是基站到RIS以及RIS到合法用户D
n
的距离，τ代表路径衰减指数；
[0021]通过应用SIC技术，D
n
解码自身信号时的SIDNR由下式给出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复杂信道条件下基于RIS
‑
NOMA的无线安全通信方法，其特征在于，所述RIS
‑
NOMA为RIS
‑
NOMA通信系统包括：基站BS、智能反射面RIS、合法NOMA用户和窃听者Eve；其中，合法NOMA用户包括合法远用户D
m
和合法近用户D
n
，基站BS与智能反射面RIS进行通讯，智能反射面RIS则与合法NOMA用户进行通讯，同时窃听者Eve截获RIS发射的信号，任意信道链路服从κ
‑
μ阴影衰落，另外所述系统中每一个节点都存在硬件损耗RHI；所述无线安全通信方法包括以下步骤：步骤1，在系统存在RHI的情况下，计算合法NOMA用户和窃听者Eve的信号干扰加失真噪声比SIDNR；步骤2，将κ
‑
μ阴影衰落的概率密度函数和累积分布函数进行近似；步骤3，计算合法NOMA用户的中断概率和窃听者Eve的截获概率；步骤4，将求解合法NOMA用户中断概率和窃听者Eve截获概率转化为求解对应联合信道等效信道系数累积分布函数，完成系统的物理层安全传输性能衡量。2.根据权利要求1所述的一种复杂信道条件下基于RIS
‑
NOMA的无线安全通信方法，其特征在于，所述步骤1的具体过程为：系统中基站BS到第i个RIS反射面的信道系数为h
si
，RIS到合法NOMA用户和窃听者Eve的信道系数分别为和g
ie
；D
n
检测弱信号x
m
时的信号干扰加失真噪声比SIDNR表示为：其中，α
m
和α
n
代表合法远用户D
m
和合法近用户D
n
的功率分配系数，且满足α
n
＜α
m
，α
m
+α
n
＝1，代表合法链路的平均信噪比，P
s
为BS发射功率，为加性高斯白噪声信道方差；代表BS
→
D
n
链路的总体RHI水平；代表BS
→
D
n
链路的联合信道系数，其中h
si
是BS
→
RIS链路的信道系数，是RIS
→
D
n
链路的信道系数，|
·
|代表求模，d
B
，d
R,n
分别是基站到RIS以及RIS到合法用户D
n
的距离，τ代表路径衰减指数；通过应用SIC技术，D
n
解码自身信号时的SIDNR由下式给出：当D
m
解码自身信号时，信道增益强的信号x
n
将被视为噪声，则SIDNR表示为：其中，其中，是RIS
→
D
m
链路的信道系数；当窃听者Eve分别截获信息x
n
和x
m
时，获得的SIDNR表示为：
其中，代表窃听链路的SNR，g
ie
是RIS
→
Eve链路的联合信道系数；表示窃听者Eve处的加性高斯白噪声信道方差；ρ
SE
代表BS
→
Eve链路的总体RHI水平；d
R,e
表示RIS到窃听者Eve的距离。3.根据权利要求2所述的一种复杂信道条件下基于RIS
‑
NOMA的无线安全通信方法，其特征在于，所述步骤2的具体过程为：合法NOMA用户和窃听者Eve的SIDNR中含有和作为...

【专利技术属性】
技术研发人员：李美玲，刘畅，马瑞芬，路兆铭，韩贺永，
申请(专利权)人：太原科技大学，
类型：发明
国别省市：