【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于通信领域，具体涉及一种基于isac系统的物理层安全-隐蔽通信联合优化方法。
技术介绍
1、随着下一代移动通信技术的蓬勃发展，依托毫米波以及大规模多输入多输出技术(massive multiple-input multiple-output,massive mimo)不仅可以支持用户高速率低时延的无线通信需求，而且可以提供高精度的感知服务，例如机器人的室内导航、智能家居中的wi-fi感知、车联网系统中的雷达感知等。而类似的硬件结构、信道特征以及信号处理技术更加促使了通信感知一体化(integrated sensing and communication,isac)系统的发展。目前国际电信联盟(international telecommunication union,itu)已经正式将isac技术作为第六代移动通信技术(6th generation mobile networks)的典型应用场景之一，旨在提供广域多维感知，获取关于未知物体、连接设备和周围环境的空间信息。这一场景将支持自动化工厂、安全驾驶、数字孪生等创新应用，并与人工智能相结合，进一步增强物理环境的感知能力。
2、然而由于isac系统在信息无线传输中的广播特性以及感知目标的非合作特性，易遭受非法用户的窃听以及通信信号的检测。目前关于物理层的无线安全通信研究主要聚焦于如下两个方面：(1)a.d.wyner于1975年在shannon保密通信模型的基础上引入了噪声和窃听信道，指出通过编码可以实现完美保密传输，并提出了保密容量以衡量安全性能。与s
技术实现思路
1、本专利技术提供一种基于isac系统的物理层安全-隐蔽通信联合优化方法，提升isac系统中下行通信的安全通信速率同时降低非法用户对指定链路通信行为的检测概率。
2、本专利技术通过以下技术方案实现：
3、一种基于isac系统的物理层安全-隐蔽通信联合优化方法，所述优化方法包括以下步骤：
4、步骤1：初始化通信参数；
5、步骤2：基于步骤1的通信参数，建立通信优化问题的数学模型；
6、步骤3：在第n次迭代中固定波束赋形矢量求解步骤2提出的数学模型；
7、步骤4：更新波束赋形矢量；
8、步骤5：若连续凸近似算法迭代次数索引满足n≥na，则算法结束，输出波束赋形矢量，否则重复步骤3-5。
9、进一步的，所述步骤1的参数具体包括发射天线数量nt，接收天线数量nr，物理层安全用户数量k，基站-第k个物理层安全用户信道基站-非法用户信道hw，基站-隐蔽通信用户信道hc，通信噪声方差雷达噪声方差非法用户反射参数αs，算法最大迭代次数na，第1次迭代中基站在假设下对第k个物理层安全用户的波束赋形矢量第1次迭代中基站在假设下对第k个物理层安全用户的波束赋形矢量第1次迭代中基站在假设下对隐蔽通信用户的波束赋形矢量连续凸近似算法迭代次数索引n＝1。
10、进一步的，所述步骤2具体为，基站的发送信号表示为：
11、
12、其中，假设为无隐蔽信号传输，为有隐蔽信号传输；为基站在假设下对bob发送信息符号的波束赋形矢量；为基站在假设下对bob发送信息符号的波束赋形矢量；为基站对carol发送信息符号sc的波束赋形矢量；
13、假设willie为无人机，此时将willie的信道建模为视距传输信道；
14、假设willie可以对基站系统中的任意bob进行窃听；第k个bob接收通信信号的信干噪比和willie在窃听第k个bob时的sinr表示为
15、
16、其中，与为方差；
17、第k个bob的安全通信速率为
18、
19、willie的接收信号可以表示为
20、
21、其中，nw是方差为的加性高斯白噪声项；
22、willie可以基于两种假设下的似然函数p0(yw)和p1(yw)进行检测算法设计，似然函数p0(yw)与p1(yw)可以表示为
23、
24、其中，
25、
26、
27、p0(yw)与p1(yw)的kl散度d(p0||p1)可以用于保证willie的错误检测概率大于1-∈，此时d(p0||p1)需满足
28、
29、然而为非凸函数，为了将转化为凸函数，等价于求解关于的超越方程其中，该方程可以通过一维搜索得到解，其解的形式为
30、
31、其中，dlb与dub通过一维搜索确定；
32、进一步的，carol的sinr为
33、
34、其中，为carol接收信号中awgn项的方差；因此carol的可达速率可以表
35、示为
36、rc＝log(1+sinrc) (11)
37、基站接收到的回波信号为
38、r＝αsb(θ)ah(θ)x+nr＝αsa(θ)x+nr, (12)
39、其中，a(θ)＝b(θ)ah(θ)，αs表示感知目标反射参数，b(θ)表示接收导向矢量，θ为非法用户方位角，nr为方差为的awgn项；
40、那么假设下的回波信号信噪比可以表示为
41、
42、其中，u0为假设下的接收波束赋形矢量，u1为假设下的接收波束赋形矢量，x0为假设下的发送信号，x1为假设下的发送信号；
43、采用最小均方无畸变响应进行接收波束赋形设计，那么接收波束赋形矢量可以表示为
44、
45、将上式中的u0与u1带入，假设下的回波信号信噪比与假设下的回波信号信噪比可以重写为
46、
47、其中，b(θ)＝ah(θ)a(θ)；
48、本专利技术的目的是在保证willie错误检测概率以及感知性能指标前提下最大化基站中合法用户的平均安全通信速率，上述目的可以转化为如下数学模型
49、
50、
51、
52、
53、
54、
55、其中，用于确保安全通信速率的非负性，为限制carol的隐蔽通信速率大于下本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于ISAC系统的物理层安全-隐蔽通信联合优化方法，其特征在于，所述优化方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种基于ISAC系统的物理层安全-隐蔽通信联合优化方法，其特征在于，所述步骤1的参数具体包括发射天线数量Nt，接收天线数量Nr，物理层安全用户数量K，基站-第k个物理层安全用户信道基站-非法用户信道hW，基站-隐蔽通信用户信道hC，通信噪声方差雷达噪声方差非法用户反射参数αS，算法最大迭代次数NA，第1次迭代中基站在假设H0下对第k个物理层安全用户的波束赋形矢量第1次迭代中基站在假设H1下对第k个物理层安全用户的波束赋形矢量第1次迭代中基站在假设H1下对隐蔽通信用户的波束赋形矢量连续凸近似算法迭代次数索引n＝1。
3.根据权利要求2所述一种基于ISAC系统的物理层安全-隐蔽通信联合优化方法，其特征在于，所述步骤2具体为，基站的发送信号表示为：
4.根据权利要求3所述一种基于ISAC系统的物理层安全-隐蔽通信联合优化方法，其特征在于，Carol的SINR为
5.根据权利要求1所述一种基于ISAC系统的物理层安全-隐
6.根据权利要求5所述一种基于ISAC系统的物理层安全-隐蔽通信联合优化方法，其特征在于，所述步骤3还包括利用连续凸近似算法可以将安全通信速率松弛为另外，可以将松弛为
...【技术特征摘要】
1.一种基于isac系统的物理层安全-隐蔽通信联合优化方法，其特征在于，所述优化方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种基于isac系统的物理层安全-隐蔽通信联合优化方法，其特征在于，所述步骤1的参数具体包括发射天线数量nt，接收天线数量nr，物理层安全用户数量k，基站-第k个物理层安全用户信道基站-非法用户信道hw，基站-隐蔽通信用户信道hc，通信噪声方差雷达噪声方差非法用户反射参数αs，算法最大迭代次数na，第1次迭代中基站在假设h0下对第k个物理层安全用户的波束赋形矢量第1次迭代中基站在假设h1下对第k个物理层安全用户的波束赋形矢量第1次迭代中基站在假设h1下对隐蔽通信用户的波束赋形矢量连续凸近似算法迭代次...
【专利技术属性】
技术研发人员：马琳，贾汉博，陈舒怡，吴尘雨，孟维晓，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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