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专利号: 2020111809797
申请人: 桂林电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种RIS辅助的NOMA使能VLC/RF混合网络安全传输的方法,其特征在于,包括如下步骤:

1)在可重构智能表面RIS辅助的NOMA使能VLC/RF混合网络中,室内顶部配置一个光接入点OAP,OAP的正下方配置一个圆形工作桌,OAP的光波束最远可覆盖至桌面的边缘,因此,地面上的NOMA用户无法直接收到OAP发出的信号,于是在桌面上设置一个中继节点Relay,Relay首先接收来自OAP的光信号,经光电转换后将电信号中继传输至RIS;然后,RIS将信号反射给NOMA用户,此过程中窃听节点窃听用户的信息;

2)在所述VLC/RF混合网络通过两跳实现安全传输,在第一跳中,OAP将叠加编码后的信号发送至Relay;其中,Relay在光覆盖范围内服从均匀分布,利用随机变量函数的分布,获得光无线链路信道增益平方的概率密度分布和累加分布;

3)在第二跳中,Relay将光电转换后的电信号中继传输至RIS;通过软件控制RIS以改变入射信号的特征,然后RIS将信号反射给NOMA用户U1和用户U2,设用户U1的信道增益比用户U2的信道增益差,定义用户U1为弱用户,用户U2为强用户,此过程中窃听节点窃听用户的信息,利用RIS辅助的射频无线通信信道的统计分布特性,获得射频无线链路信道增益平方的概率密度分布和累加分布;

4)设计译码转发、放大转发中继传输方案,分别分析译码转发、放大转发中继传输时合法信道、窃听信道的信道容量,获得VLC/RF混合网络的安全容量;然后,利用步骤2)获得的光无线链路信道统计分布和步骤3)获得的射频无线链路信道统计分布,分别获得译码转发、放大转发中继传输时RIS辅助的NOMA使能VLC/RF混合网络的安全中断概率和严格正安全容量。

2.根据权利要求1所述的一种RIS辅助的NOMA使能VLC/RF混合网络安全传输的方法,其特征在于,步骤1)中,光接入点OAP的光波束最大覆盖半径为r0,光接入点OAP配备一个LED发射机;中继节点Relay配备单个PD接收机,并配置单个射频RF发射天线;两个NOMA合法用户U1、用户U2和窃听节点Eve均配置单个RF接收天线;RIS包含N个反射元面。

3.根据权利要求2所述的一种RIS辅助的NOMA使能VLC/RF混合网络安全传输的方法,其特征在于,步骤2)中,光接入点OAP发送的信号为:上述公式(1)中,Ps为LED的发送功率;sm为发送给第m个NOMA合法用户的信号,m∈{1,

2},对应的功率分配系数为wm,满足w1>w2和 将直流偏置A加到叠加信号(ω1s1+ω2s2)上以确保LED发送的信号x非负;

中继节点Relay利用PD接收机将收到的信号进行光电转换并消除直流偏置,中继节点收到的电信号为:

上述公式(2)中,nSR为光无线链路的加性高斯白噪声,其均值为0,方差为N0;gSR为光接入点到中继节点之间的光无线信道增益,其中 为LED辐射角、ψ为中继节点上PD接收机的入射角、c为LED的朗博辐射阶数、rect(·)为矩形传输函数、ψ1/2为PD的视场,若ψ>ψ1/2,则gSR=0,表示入射角超出视场范围后,中继节点将接收不到任何来自LED的信号;参数H为光接入点所在平面与中继节点所在平面之间的垂直距离;参数r为光接入点在圆桌面上的映射点与中继节点之间的水平距离;参数B和ρ分别为PD接收机的有效物理检测面积和检测灵敏度,其中, 在此条件下,得c+1

令Z=ρB(c+1)H /(2π),得光无线链路的信道增益平方为:其中,中继节点在光接入点覆盖范围内服从均匀分布,得到水平距离r的概率分布为利用随机变量函数的分布,获得光无线链路 的概率密度函数为:

光无线链路 的累加分布函数为:

4.根据权利要求3所述的一种RIS辅助的NOMA使能VLC/RF混合网络安全传输的方法,其特征在于,步骤3)中,从中继节点Relay出发经RIS无源反射到用户Um的射频无线链路的信道增益gR,m为:

其中ζi为RIS的第i个反射元面的反射系数,且 理想情况下可重构相位 引起的幅度系数 为1;χi为中继节点到RIS第i个反射元面之间的信道增益,且‑ε/2

χi=l μiexp(‑jφi); 为RIS第i个反射元面到用户Um之间的信道增益,且其中路损指数为ε,l和dm分别为从中继到RIS和从RIS到Um之间的传输距离,μi和φi分别为信道增益χi的幅度和相位,vi和θi分别为信道增益 的幅度和相位,i=1,…,N;在RIS辅助的无线通信系统中,为最大化用户Um的信噪比,控制RIS的可重构相位 使其 满足 则射 频无 线链路 的信 道增 益gR ,m 简化 为其中Yi=μiνi;

2

定义: 得射频无线链路信道增益的平方|gR,m|为:

2 ‑ε2

|gR,m|=(ldm) Y                    (7)由于μi和vi独立同服从瑞利分布,均值为 方差为(1‑π/4),利用RIS辅助的射频无2

线通信信道的统计分布特性,获得Y 服从平方KG分布,进而利用随机变量函数的分布,获得2

射频无线链路|gR,m|的概率密度分布为:2

射频无线链路|gR,m|的累加分布为:其中 为Meijer G‑函数 在q1=1、q2=3、q3=2、q4=1时的值;Kv(·)为修正的v阶第二类Bessel函数;Γ(·)为gamma函数, af和bf是平方KG分布的参数; βY(2)是Y的二阶矩,Y的任意λ阶矩为:其中 利用Y的二阶矩、四阶矩和六阶矩,获得参数af和bf;

RIS反射的信号在无线信道中传输,也能够被窃听节点接收,因此,窃听节点收到的信号为:

其中gR,E为从中继节点出发经RIS反射到窃听节点的无线信道增益;nR,E为该链路的加性高斯白噪声,其均值为0,方差为NE;

2

利用上述分析方法,获得|gR,E|的概率密度分布为:2

|gR,E|的累加分布为:

其中 dE为从RIS到窃听节点的传输距离。

5.根据权利要求4所述的一种RIS辅助的NOMA使能VLC/RF混合网络安全传输的方法,其特征在于,步骤4)中,所述的译码转发、放大转发中继传输方案:

4‑1)中继节点若采用译码转发中继传输方案,则译码转发中继传输时用户Um收到的信号为:

其中gR,m为从中继节点出发经RIS反射到用户Um的射频无线链路的信道增益;nR,m为射频无线链路的加性高斯白噪声,其均值为0,方差为N0;

译码转发中继传输时的信道容量为 其中,COAP‑Relay为从光接入点到中继节点的信道容量;CRelay‑RIS‑Um为从译码转发中继节点经RIS到用户Um的信道容量;利用公式(2)和(14),基于NOMA的串行干扰消除技术,获得译码转发中继传输时弱用户U1的信道容量为:

其中ζ=Ps/N0表示发射信噪比;

强用户U2的信道容量:

其中,窃听节点具有极强的窃听能力,能够利用干扰消除技术恢复叠加编码信号,则译码转发中继传输时窃听节点Eve窃听用户Um的信道容量为:其中ζE=Ps/NE;

利用公式(15)、(16)、(17),获得译码转发中继传输时用户Um的安全容量为:

4‑2)中继节点若采用放大转发中继传输方案,则放大转发中继传输时用户Um收到的信号为:

其中gR,m为从中继节点出发经RIS反射到用户Um的射频无线链路的信道增益;F为中继节点的放大系数;nR,m为射频无线链路的加性高斯白噪声,其均值为0,方差为N0;

放大转发中继传输时RIS反射的信号也能够被窃听节点接收,因此,窃听节点收到的信号为:

利用公式(19),基于NOMA的串行干扰消除技术,分别获得放大转发中继传输时弱用户U1和强用户U2的信道容量为:利用公式(20),基于NOMA的串行干扰消除技术,获得放大转发中继传输时窃听节点Eve窃听用户Um的信道容量为:

利用公式(21)、(22)、(23),获得放大转发中继传输时用户Um的安全容量为: