【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于网络安全，涉及一种irs辅助抗干扰安全通信系统最小化功率的资源分配方法。
技术介绍
1、无线信道的广播性为窃听者(eavesdropper,eve)提供了窃听和干扰的机会，从而威胁到合法用户的通信安全。为了应对上述问题，许多新颖的无线传输技术被提出，其中波束成形，人工噪声(artificial noise,an)和智能反射面(intelligent reflectingsurface,irs)在物理层安全方面得到广泛探索和应用。其中，波束成形技术是将能量集中到很小的区域，并获得较高的增益，可以解决自由空间传播损耗较大的问题。an辅助波束成形是发射信号时加入噪声，以略微牺牲用户接收信号质量情况下，大幅降低窃听者处的信干噪比，以此提升系统安全性。irs是一种应用于软件控制反射重构无线传播环境的高效节能技术。具体来说，irs由嵌入在超表面的大量低成本反射元件组成，每个元件能够独立地改变入射信号的相位或(和)幅度，从而实现被动反射波束成形。非正交多址接入是目前移动通信系统中的物理层关键技术之一。通过在发射端将多个用户的信号线性叠加在同一时频资源上，接收端采用连续干扰消除技术逐个检测每个用户的信号。研究结果表明，功率域noma不仅在时延和可靠性方面优于传统的正交多址接入，还可提高用户间的公平性和系统吞吐量，因此，具有广阔的应用前景。将irs和noma相结合可改变信道传播环境，有利于提升系统性能。
2、目前对irs辅助安全通信系统多数不考虑不完美信道和恶意干扰对系统的影响，而实际无线通信系统中收发机his、恶意干扰
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供irs辅助抗干扰安全通信系统最小化功率的鲁棒资源分配算法。
2、为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种irs辅助抗干扰安全通信系统最小化功率的资源分配方法，在irs辅助的下行安全通信系统中，在l根天线干扰器和m个单天线eve存在的情况下，多天线的基站bs通过直接链路和irs反射链路向k个单天线用户传输信息；所述资源分配方法包括以下步骤：
4、s1：考虑一种硬件损伤、恶意干扰和不完美信道条件下irs辅助抗干扰安全通信系统最小化功率的鲁棒资源分配模型，构建优化问题；
5、s2：通过松弛变量将目标函数中的凸差问题转化为不等式约束，然后利用连续凸逼近和泰勒级数展开处理其非凸性；对于不完美csi采用s-程序法和符号定性法进行求解，未知干扰波束成形利用cauchy-schwarz不等式转化为可求解问题；
6、s3：求解步骤s2等价转化后的凸优化问题，求解出发射预编码向量wt,k、人工噪声协方差矩阵z和irs相移向量v，得出满足所有约束条件下的最小功率，并进行资源分配。
7、进一步，步骤s1中，定义以下信道增益参数：bs至合法用户k的信道增益bs至窃听者m的信道增益bs至irs的信道增益干扰源至合法用户k的信道增益干扰源至irs的信道增益irs至合法用户k的信道增益以及irs至窃听者m的信道增益
8、bs通过导频信号来估计信道，采用有界信道误差模型来表征非法信道的csi不确定性，具体表示为：
9、
10、bs在同一频带内同时给每个合法用户发送k个独立的数据流，假设m个窃听者可以独立地窃听任意数据流；bs在传输信号中引入an，基站的发射信号x表示为包含数据信号和an的叠加，具体表示为：
11、
12、式中，表示bs发送给合法用户k的波束成形向量；st,k表示bs发送给合法用户k的机密信息，且满足表示an信号，且满足z～cn(0,z)，z≥0是an的协方差矩阵；nt表示由bs处his带来的噪声，且满足式中αt表示bs处的his系数；定义irs的相移矩阵为θ＝diag(vh)，式中，和分别表示irs第nr个反射元件的振幅系数和相移；设置则用户k的接收信号表示为：
13、
14、式中，是干扰器的信号，且bs不能获得此信号；nk为用户k处均值为零，方差为的加性高斯白噪声；nt,k表示由用户k接收端his带来的噪声，其中nt,k服从均值为零，方差与接收端未失真信号成正比的高斯分布，表示为
15、窃听者m的接收信号表示为：
16、
17、式中，ne,m为窃听者m处均值为零，方差为的加性高斯白噪声；
18、令ω(k)表示用户k的解码顺序，由确定，接收端优先解调信号强的发射端信号，解调完成后删除已解调好的信号，依次解调所有发射端信号用户k首先依次按照解码顺序，解码满足的用户j的信号，然后解码自身的信号；同时，把解码顺序为ω(i)＞ω(k)的每个用户i的信号视为干扰；
19、针对所述用户最小功率建立的数学模型，最小化功率目标函数为：
20、
21、其中，rk＝log2(1+γk)、
22、
23、
24、进一步，步骤s2中，基于交替优化的算法将优化问题(p1)分解为两个子问题，即子问题1：固定v求解出{wk}和z；子问题2：用子问题1解出的{wk}和z，求解v。
25、进一步，所述子问题1：固定v求解出{wk}和z，具体包括：
26、首先引入松弛变量σk≥0，将γk改写为
27、
28、式中，利用cauchy-schwarz不等式得到jk的上界，即式中pj表示功率||wj||2，利用信号强度和信道增益得到；采取来表示||wj||2的估计误差，式中表示功率的估计值；通过变换得到所以
29、利用schur补定理将不完美csi等价转化为：
30、
31、然后，将代入上式中进行变换后得到：
32、
33、定义矩阵b＝bh和当且仅当时，线性矩阵不等式：成立，则有：
34、
35、从而转化得到：
36、
37、其中，uk,1≥0,uk,2≥0是引入的松弛变量，定义了处理目标函数和c1中速率的非凸性，考虑使用变量松弛为：
38、
39、
40、
41、
42、
43、
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1.一种IRS辅助抗干扰安全通信系统最小化功率的资源分配方法，其特征在于：在IRS辅助的下行安全通信系统中，在L根天线干扰器和M个单天线Eve存在的情况下，多天线的基站BS通过直接链路和IRS反射链路向K个单天线用户传输信息；所述资源分配方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的IRS辅助抗干扰安全通信系统最小化功率的资源分配方法，其特征在于：步骤S1中，定义以下信道增益参数：BS至合法用户k的信道增益BS至窃听者m的信道增益BS至IRS的信道增益干扰源至合法用户k的信道增益干扰源至IRS的信道增益IRS至合法用户k的信道增益以及IRS至窃听者m的信道增益
3.根据权利要求1所述的IRS辅助抗干扰安全通信系统最小化功率的资源分配方法，其特征在于：步骤S2中，基于交替优化的算法将优化问题(P1)分解为两个子问题，即子问题1：固定v求解出{Wk}和Z；子问题2：用子问题1解出的{Wk}和Z，求解v。
4.根据权利要求3所述的IRS辅助抗干扰安全通信系统最小化功率的资源分配方法，其特征在于：所述子问题1：固定v求解出{Wk}和Z，具体包括：
...【技术特征摘要】
1.一种irs辅助抗干扰安全通信系统最小化功率的资源分配方法，其特征在于：在irs辅助的下行安全通信系统中，在l根天线干扰器和m个单天线eve存在的情况下，多天线的基站bs通过直接链路和irs反射链路向k个单天线用户传输信息；所述资源分配方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的irs辅助抗干扰安全通信系统最小化功率的资源分配方法，其特征在于：步骤s1中，定义以下信道增益参数：bs至合法用户k的信道增益bs至窃听者m的信道增益bs至irs的信道增益干扰源至合法用户k的信道增益干扰源至irs的信道增益irs至合法用户k的信道增益以及irs至窃听者m的信道增益...
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