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专利号: 2021112291775
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-07-12
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种提升基于智能反射表面的无线通信系统安全速率的方法,其特征在于,所述方法包括:

S1、建立基于智能反射表面的多输入单输出传输系统,所述传输系统包括智能反射表面、合法信息发送者、合法信息接收者和不受信任节点;

S2、根据不受信任节点的最低能量采集约束、合法信息发送者的最高能量约束、智能反射表面的离散相位取值约束,建立出安全速率最大化模型;

S3、固定智能反射表面的角度变量,更新所述安全速率最大化模型,计算得到波束赋形向量的最优解;

S4、固定波束赋形向量,更新所述安全速率最大化模型,并结合分式编程引入松弛变量对更新后的安全速率最大化模型的目标函数化简;

S5、在化简后的安全速率最大化模型中,固定智能反射表面的反射单元的角度变量,求解出松弛变量的优化解;

S6、将所述松弛变量的优化解带入化简后的安全速率最大化模型中,并结合增广拉格朗日法引入复制变量更新安全速率最大化模型的目标函数;

S7、在更新目标函数的安全速率最大化模型中,通过交替方向乘子法以及连续凸逼近方法,计算得到智能反射表面的角度的最优解;

S8、将波束赋形向量的最优解和智能反射表面的角度的最优解带入安全速率最大化模型中,计算得到系统的安全速率值。

2.根据权利要求1所述的一种提升基于智能反射表面的无线通信系统安全速率的方法,其特征在于,步骤S2中所述安全速率最大化模型包括:s.t.C1:PE≥emin2

C2:||ω||≤Pmax

C3:θn∈κ

其中, 表示安全速率最大化模型的目标函数;θ表示智能反射面的角度变量,ω是在合法信息发送者处的线性波束赋形向量;Rsec表示从合法信息发送者到合法信息+

接收者的安全速率,Rsec=[RLR‑RE] ,RLR表示合法信息接收者的接收速率,RE表示不受信任节点的接收速率,+

[] 表示取与0相比的较大值; 表示合法信息接收者到智能反射表面的信道向量;G表示合法信息发送者到智能反射表面的信道向量; 表示合法信息发送者到合法信息接收者的信道向量; 表示智能反射表面到不受信任节点的信道向量; 表示合法信息发送者到不受信任节点的信道向量; 表示合法信息接收者噪声功H

率; 表示不受信任节点噪声功率;W表示波束赋形向量,且W=ωω ,右上标H表示厄米特矩阵;Θ表示智能反射表面的对角线矩阵即相移矩阵;约束C1是不受信任节点的最低能量采集需求,PE表示在不受信任节点处的收集能量, 约束C2是合法信息发送者的最高能量限制,Pmax表示在合法信息发送者处的最大传输能量;约束C3是智能反射表面的离散相位取值限制;θn表示第n个反射单元的角度变量, κ表示智能反射表面的离散相位取值集合。

3.根据权利要求2所述的一种提升基于智能反射表面的无线通信系统安全速率的方法,其特征在于,步骤S3中所述固定智能反射表面的角度变量,更新所述安全速率最大化模H

型,计算得到波束赋形向量的最优解包括在给定智能反射表面的对角线矩阵下,令hR=GH H H

ΘhIR和hE=GΘ hIE,更新所述安全速率最大化模型,计算求得波束赋形向量的最优解W°,其中更新后的安全速率最大化模型表示为:s.t.

其中,hR表示合法信息接收者的复合信道向量, 表示合法信息接收者的复合信道向量;hE表示不受信任节点的复合信道向量, 表示不受信任节点的复合信道向量;W°=H

Pmaxgg ;g是矩阵 的归一化特征向量,I表示单位矩阵;约束是不受信任节点的最低能量采集需求,PE表示在不受信任节点处的收集能量;约束 是合法信息发送者的最高能量限制;Tr()表示求矩阵的迹。

4.根据权利要求2所述的一种提升基于智能反射表面的无线通信系统安全速率的方法,其特征在于,所述步骤S4中:更新后的安全速率最大化模型表示为:s.t.C1,C3,

对上述安全速率最大化模型的目标函数化简为:s.t.C1,C3

T

引入松弛变量ε=[ε1,ε2],通过分式编程和数学转换,进一步转换为:s.t.C1,C3

其中,f(θ)表示关于智能反射面的角度变量的第零函数;f(θ,ε)表示关于智能反射面的角度变量和松弛变量的函数;f1(θ)表示关于智能反射面的角度变量的第一函数,f2(θ)表示关于智能反射面的角度变量的第二函数, 且H

θ=[θ1,θ2,...,θN] =[q1,H

q2,…,qN] , 右上标*代表矩阵的共轭;ε1表示第一松弛变量;ε2表示第二松弛变量。

5.根据权利要求4所述的一种提升基于智能反射表面的无线通信系统安全速率的方法,其特征在于,步骤S5中求解出松弛变量的优化解的过程包括给定一组初始智能反射面的角度值,通过求导运算可得最优的松弛变量ε°值,记为 其中 表示第一松弛变量优化解, 表示第二松弛变量优化解,

6.根据权利要求5所述的一种提升基于智能反射表面的无线通信系统安全速率的方法,其特征在于,步骤S6中所述结合增广拉格朗日法引入复制变量更新安全速率最大化模型的目标函数包括:

s.t.C1,C3

其中, 表示关于智能反射面的角度变量、复制变量、增广拉格朗日乘子变量的函

2 2 H * 2 2 *

数;l表示复制变量;λ表示增广拉格朗日乘子变量;A=(ε1+ε2)cc ,B=ε1a‑(ε1+ε2)dc,IF(·)是示性函数,即如果θn∈κ,IF(θn)=0,其他情况则IF(θn)=+∞;ρ表示增广拉格朗日乘子。

7.根据权利要求6所述的一种提升基于智能反射表面的无线通信系统安全速率的方法,其特征在于,步骤S7中通过交替方向乘子法以及连续凸逼近方法,计算得到智能反射表面的角度的最优解的过程包括:在第k+1次迭代过程中,对于在固定参数l,λ,更新θ的情况下,对约束C1进行预处理,通过二阶泰勒不等式展开放缩的方法将约束C1转换为 其中取一组初始角度值θ0,通过连续凸逼近方法得到角度的最k+1

优值;并根据投影定理在离散取值中找到第k+1次迭代过程中的目标取值θ ;固定参数λ,θ,更新l,通过矩阵求导法则得到参数l在第k+1次迭代过程中的最优解为固定参数l,θ,更新λ,通过交替优化方法的迭代表达式得到参数λ在第k+1次迭代过程中的最优解为

k+1 k+1

更新上述的三个参数,直到||l ‑θ ||≤ξ满足,则停止迭代过程。

其中,ξ表示设置出的收敛精度;上标k表示第k次迭代过程,上标k+1表示第k+1次迭代过程。

8.根据权利要求7所述的一种提升基于智能反射表面的无线通信系统安全速率的方法,其特征在于,步骤S8中得到系统的安全速率值的过程包括将得到的最优角度值 转换为对应的Θ值,再结合步骤S3中得到的波束赋形向量的最优解W°计算得到系统的安全速率值,直到该安全速率收敛。