【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线通信，更具体地，涉及一种基于协同干扰的双智能超表面辅助安全通信方法及系统。
技术介绍
1、智能超表面(reconfigurable intelligent surface)，又称智能反射表面，已成为一种很有前途的提高无线通信系统性能的技术。智能超表面旨在有意地、确定性地控制无线传播环境，以提高通信质量和连接性，从而大大提高智能超表面在无线衰落信道上的适用性。具体来说，智能超表面是一个由大量低成本、可重新配置的反射元件组成的阵列，可借助智能控制器以可控的振幅和相位独立反射信号。此外，智能超表面还能开发一种具有高频谱效率、高能效和高安全性的替代通信链路，而无需部署额外的昂贵和耗电的通信设备。此外，智能超表面还具有兼容性和扩展性的特点，这表明智能超表面的结构可在各种无线系统中发挥作用。
2、由于近年来基于射频和能量采集(energy harvesting)技术的无线能量传输技术的发展，无线供电通信(wireless powered communication)被提出并受到研究界的广泛关注。其中，无线供电通信采用“收集-传输”(harvest-then-transmit)协议，将能量传输(energy transfer)和信息传输(information transmission)分开，下行链路实现能量传输阶段，上行链路在设备上执行信息传输阶段。与传统的电池供电通信系统相比，无线供电通信无需频繁手动更换电池，在降低运营成本和提高通信服务稳定性方面具有优势，特别是在无线传感器、物联网网络等低功耗应用中。此外，
3、另一方面，无线通信的开放性使得无线供电通信系统中的信息传输容易受到潜在窃听者的攻击。物理层安全(physical layer security)技术从信息论的角度出发，加强了信息传输的安全性，防止窃听攻击。区别于传统的加密技术，物理层安全技术利用无线信道固有的随机性，保证合法信息不被窃听者截获。在物理层安全技术中，人工噪声和协同干扰可以通过噪声传输链路有效提高无线供电通信系统的保密性能。与同时发送人工噪声和合法信息组合信号的源发射机相比，合作干扰技术可借助其他节点进一步提高保密性能。事实上，网络中的闲置设备可以充当友好干扰用户，发射人工噪音来保护合法用户的信息传输，从而削弱窃听者的接收能力。特别是，友好干扰用户可以从无线供电通信系统中的发电站获取能量，以提供人工噪音的发射功率，而不是消耗自身能量。
4、与单智能超表面辅助通信相比，双智能超表面技术可以实现更高的单用户波束成形增益、多用户复用增益、传输速率和容量最大化。在无线供电通信系统中，单智能超表面只能部署在能量站和用户之间，以提高能量传输链路的质量，或部署在接入点和用户之间，以提高信息传输链路的质量，而双智能超表面技术可实现共同提高能量传输和信息传输链路质量的效果。然而，目前有关双智能超表面技术的研究主要集中在提高无线通信系统的信息传输性能上，而针对支持双智能超表面的无线供电通信系统的能量传输和信息传输联合增强设计的研究成果还很少。
技术实现思路
1、针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本专利技术提供了基于协同干扰的双智能超表面辅助安全通信方法及系统，分析了安全通信场景中双智能超表面的不同模式下系统的连接中断概率、保密中断概率和有效保密吞吐量的影响，并确定了不同模式下关键参数对系统的影响。
2、第一方面，本专利技术提供一种基于协同干扰的双智能超表面辅助安全通信方法，包括：构建安全通信场景；所述安全通信场景中包括能量站、用户、接入点以及窃听者，用户包括合法用户和协同干扰用户；将双智能超表面部署于所述安全通信场景中，其中智能超表面一部署在能量站和用户之间，以重新配置用户与能量站的无线信道；智能超表面二部署在用户和接入点之间，以重新配置用户与接入点的无线信道；根据双智能超表面采用最优相移设计的目标节点，提出四种不同双智能超表面传输模式，将智能超表面一和智能超表面二对合法用户采用最优相移设计作为第一传输模式，将智能超表面一对合法用户采用最优相移设计和智能超表面二对协同干扰用户采用最优相移设计作为第二传输模式，将智能超表面一对协同干扰用户采用最优相移设计和智能超表面二对合法用户采用最优相移设计作为第三传输模式，将智能超表面一和智能超表面二对协同干扰用户采用最优相移设计作为第四传输模式；基于双智能超表面采用最优相移设计的目标节点，分别计算不同传输模式下安全通信场景的连接中断概率、保密中断概率和有效保密吞吐量。
3、根据本专利技术提供的基于协同干扰的双智能超表面辅助安全通信方法，所述智能超表面一包括n1个反射元件，智能超表面二包括n2个反射元件，n1、n2为正整数；通过所述反射元件建立所述能量站、合法用户、协同干扰用户、接入点与智能超表面的多条无线信道。
4、根据本专利技术提供的基于协同干扰的双智能超表面辅助安全通信方法，分别计算不同传输模式下安全通信场景的连接中断概率、保密中断概率和有效保密吞吐量，包括：根据所述接入点接收信号的信噪比与窃听者接收信号的信噪比计算连接中断概率、保密中断概率和有效保密吞吐量。
5、根据本专利技术提供的基于协同干扰的双智能超表面辅助安全通信方法，计算接入点接收信号的信噪比的方法，包括：根据合法用户采集的能量、合法用户通过智能超表面二的第n2个反射元件到接入点的路径损耗、智能超表面二的最优相移设计、智能超表面二的矩阵、合法用户与智能超表面二之间的信道矩阵以及接入点与智能超表面二之间的信道矩阵，计算接入点接收信号的信噪比；其中，1≤n2≤n2，n2为正整数。
6、根据本专利技术提供的基于协同干扰的双智能超表面辅助安全通信方法，计算窃听者接收信号的信噪比的方法，包括：根据所述合法用户和协同干扰用户的发射功率、智能超表面二与窃听者之间的信道矩阵、智能超表面二的矩阵、合法用户和协同干扰用户与智能超表面二之间的信道矩阵、合法用户和协同干扰用户通过智能超表面二的第n2个反射元件到窃听者的路径损耗，计算窃听者接收信号的信噪比；其中，1≤n2≤n2，n2为正整数。
7、根据本专利技术提供的基于协同干扰的双智能超表面辅助安全通信方法，计算合法用户和协同干扰用户采集的能量，包括：在第一时间段内，所述能量站通过智能超表面一发送能量给合法用户和协同干扰用户，根据所述能量站发射的信号功率、能量站通过智能超表面一的第n1个反射元件到合法用户和协同干扰用户的路径损耗、智能超表面一的最优相移设计、智能超表面一的矩阵、合法用户和协同干扰用户与智能超表面一之间的信道矩阵以及能量站与智能超表面一之间的信道矩阵，计算合法用户和协同干扰用户采集的能量；其中，1≤n1≤n1，n1为正整数。
8、根据本专利技术提供的基于协同干扰的双智能超表面辅助安全通信方法，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于协同干扰的双智能超表面辅助安全通信方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于协同干扰的双智能超表面辅助安全通信方法，其特征在于，所述智能超表面一包括N1个反射元件，智能超表面二包括N2个反射元件，N1、N2为正整数；通过所述反射元件建立所述能量站、合法用户、协同干扰用户、接入点与智能超表面的多条无线信道。
3.根据权利要求1所述的基于协同干扰的双智能超表面辅助安全通信方法，其特征在于，分别计算不同传输模式下安全通信场景的连接中断概率、保密中断概率和有效保密吞吐量，包括：
4.根据权利要求3所述的基于协同干扰的双智能超表面辅助安全通信方法，其特征在于，计算接入点接收信号的信噪比的方法，包括：
5.根据权利要求3所述的基于协同干扰的双智能超表面辅助安全通信方法，其特征在于，计算窃听者接收信号的信噪比的方法，包括：
6.根据权利要求4所述的基于协同干扰的双智能超表面辅助安全通信方法，其特征在于，计算合法用户和协同干扰用户采集的能量，包括：
7.根据权利要求6所述的基于协同干扰的双智能超表面辅
8.根据权利要求7所述的基于协同干扰的双智能超表面辅助安全通信方法，其特征在于，还包括：
9.根据权利要求7所述的基于协同干扰的双智能超表面辅助安全通信方法，其特征在于，还包括：
10.一种基于协同干扰的双智能超表面辅助安全通信系统，应用如权利要求1至9中任一所述的基于协同干扰的双智能超表面辅助安全通信方法，其特征在于，包括第一安全通信子系统、第二安全通信子系统、第三安全通信子系统与第四安全通信子系统，所述第一安全通信子系统、第二安全通信子系统、第三安全通信子系统与第四安全通信子系统均包括合法用户、协同干扰用户、能量站以及接入点；
...【技术特征摘要】
1.一种基于协同干扰的双智能超表面辅助安全通信方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于协同干扰的双智能超表面辅助安全通信方法，其特征在于，所述智能超表面一包括n1个反射元件，智能超表面二包括n2个反射元件，n1、n2为正整数；通过所述反射元件建立所述能量站、合法用户、协同干扰用户、接入点与智能超表面的多条无线信道。
3.根据权利要求1所述的基于协同干扰的双智能超表面辅助安全通信方法，其特征在于，分别计算不同传输模式下安全通信场景的连接中断概率、保密中断概率和有效保密吞吐量，包括：
4.根据权利要求3所述的基于协同干扰的双智能超表面辅助安全通信方法，其特征在于，计算接入点接收信号的信噪比的方法，包括：
5.根据权利要求3所述的基于协同干扰的双智能超表面辅助安全通信方法，其特征在于，计算窃听者接收信号的信噪比的方法，包括：
6.根据权利要求4所...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈京渝，曹堃锐，迟皓联，唐斯卫，屈亚运，杨晨昊，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：
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