CN113286292A - 可重构智能表面辅助通信的隐蔽速率联合优化方法及*** - Google Patents

可重构智能表面辅助通信的隐蔽速率联合优化方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明针对的技术问题，提出了一种可重构智能表面辅助通信的隐蔽速率联合优化方法及***，本发明在确保发射机发送的信息在不被检测到的情况下，通过联合优化发射机的发射功率和可重构智能表面的反射相位，使所述合法接收机的接收功率最大化，从而优化了隐蔽通信速率；在优化的过程中，很好地避免了变量耦合的情况，且能够更好地提高无线通信***的隐蔽性。

Description

可重构智能表面辅助通信的隐蔽速率联合优化方法及***
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及可重构智能表面技术在隐蔽通信方面的应用，更具体地，涉及一种可重构智能表面辅助通信的隐蔽速率联合优化方法及***。
背景技术
可重构智能表面(reconfigurable intelligent surface,RIS)是一种由大量的被动散射原件或者说反射元素组成的由软件控制的元表面。通过以全双工的方式操控撞击信号的相位，RIS能够将随机衰落的信道环境塑造为智能环境以实现智能的和可重构的无线环境。不同于传统的有源传输，RIS不需要传输射频链，与现有的基于有源组件的技术相比，这降低了能源和硬件成本。受到RIS的潜在性能的启发，RIS辅助的无线通信受到了大量的研究关注。
而与旨在保护机密信息内容的传统加密技术不同，隐蔽通信是为了保护合法传输的存在，或者说，使恶意窃听者无法检测到通信。与现有的加密技术相比，隐蔽通信具有更高的安全级别。基于物理层的无线隐蔽通信将信息隐藏在噪声里，利用物理层安全方法，合法用户能够利用无线信道的不确定和噪声的随机性等固有属性阻碍监测者的检测。不同于传统密码学的方法，隐蔽通信不仅保证传输信息的内容不被窃取，还保障了传输过程中信息本身的存在性不被发现。
公开日为2020.8.13的文献：Covert transmission assisted by intelligentreflecting surface(作者：Si,J.,Li,Z.,Cheng,J.,Guan,L.,&Al-Dhahir,N.)将RIS技术运用到隐蔽通信***中，应用RIS辅助增强隐蔽速率。隐蔽速率即合法用户在信息不被窃听的情况下的接收速率。但是现有技术中只考虑了误检测率约束，且其采用的模型过于理想化，与实际应用相差较大，因此仍有不小的局限性。
发明内容
针对现有技术的局限，本发明提出一种可重构智能表面辅助通信的隐蔽速率联合优化方法及***，本发明采用的技术方案是：
一种可重构智能表面辅助通信的隐蔽速率联合优化方法，包括以下步骤：
S1，构建由发射机、合法接收机、非法检测器以及可重构智能表面组成的隐蔽通信模型；
S2，根据所述隐蔽通信模型，构建以使隐蔽速率最大化为目的、以所述发射机的发射功率以及可重构智能表面的反射相位作为待优化变量的联合优化问题；
S3，获取所述发射机、合法接收机、非法检测器以及可重构智能表面相互之间的信道状态信息；
S4，根据所述信道状态信息，求解所述联合优化问题得到所述发射功率以及反射相位的最优组合。
相较于现有技术，本发明在确保发射机发送的信息在不被检测到的情况下，通过联合优化发射机的发射功率和可重构智能表面的反射相位，使所述合法接收机的接收功率最大化，从而优化了隐蔽通信速率；在优化的过程中，很好地避免了变量耦合的情况，且能够更好地提高无线通信***的隐蔽性。
作为一种优选方案，所述联合优化问题按以下公式表示：
Figure BDA0003071550200000021
s.t.Pa≤Pmax；
Figure BDA0003071550200000022
Figure BDA0003071550200000023
其中，
Figure BDA0003071550200000024
表示可重构智能表面的反射相位，Pa表示发射机的发射功率，hAB表示发射机与合法接收机之间的信道状态信息，hIB表示可重构智能表面与合法接收机之间的信道状态信息，hAI表示发射机与可重构智能表面之间的信道状态信息，Pmax表示发射机的发射功率限制，hAW表示发射机与非法检测器之间的信道状态信息，λ表示非法检测器对发射机与合法接收机之间通信的误检测率门限，N表示可重构智能表面的反射元素总数。
进一步的，在所述步骤S4中，包括以下步骤：
S41，根据发射功率的取值，将所述联合优化问题分解为只保留反射相位作为待优化变量的第一子问题以及第二子问题；
S42，分别求解所述第一子问题以及第二子问题，得到第一优选隐蔽速率以及第二优选隐蔽速率；
S43，根据所述第一优选隐蔽速率以及第二优选隐蔽速率计算出所述发射功率以及反射相位的最优组合。
更进一步的，在步骤S41中，对于发射功率限制
Figure BDA0003071550200000031
的情况，取Pa＝Pmax，通过变量替换使得
Figure BDA0003071550200000032
从所述联合优化问题得到以下第一子问题：
Figure BDA00030715502000000315
Figure BDA0003071550200000034
Figure BDA0003071550200000035
其中：
Figure BDA0003071550200000036
Figure BDA0003071550200000037
Figure BDA0003071550200000038
更进一步的，在所述步骤S42中，求解所述第一子问题的过程如下：
以vHRBv＝tr(RBvvH),vHRWv＝tr(RWvvH)，V＝vvH，对所述第一子问题中的约束项进行半正定松弛，使得所述第一子问题调整为以下形式再通过凸优化求解以及高斯随机方法求解得到第一优选隐蔽速率：
Figure BDA00030715502000000314
Figure BDA00030715502000000310
Figure BDA00030715502000000311
Figure BDA00030715502000000312
更进一步的，在步骤S41中，对于发射功率限制
Figure BDA00030715502000000313
的情况，取
Figure BDA0003071550200000041
通过变量替换使得
Figure BDA0003071550200000042
从所述联合优化问题得到以下第二子问题：
Figure BDA0003071550200000043
Figure BDA0003071550200000044
Figure BDA0003071550200000045
其中：
Figure BDA0003071550200000046
Figure BDA0003071550200000047
Figure BDA0003071550200000048
更进一步的，在所述步骤S42中，求解所述第二子问题的过程如下：
以vHRBv＝tr(RBvvH),vHRWv＝tr(RWvvH)，V＝vvH，对所述第二子问题中的约束项进行半正定松弛后，以
Figure BDA0003071550200000049
X＝μV，使得所述第二子问题调整为以下形式再通过凸优化求解以及高斯随机方法求解得到第二优选隐蔽速率：
Figure BDA00030715502000000414
s.t.tr(RWX)+μ|hAW|2＝λ；
Figure BDA00030715502000000411
Figure BDA00030715502000000412
Pmax≥μ。
进一步的，在步骤S43中，所述发射功率以及反射相位的最优组合
Figure BDA00030715502000000413
按以下公式获得：
Figure BDA0003071550200000051
其中
Figure BDA0003071550200000052
为所述第一优选隐蔽速率，
Figure BDA0003071550200000053
为所述第二优选隐蔽速率。
作为一种优选方案，所述隐蔽通信模型采用信道不确定且在所述非法检测器所处位置存在噪声不确定性的有界不确定模型；
所述非法检测器对发射机与合法接收机之间通信的误检测率门限λ的最优取值为
Figure BDA0003071550200000054
其中，ρ表示在所述非法检测器所处位置的噪声不确定度，
Figure BDA0003071550200000055
表示所述噪声不确定性中的噪声上界。
本发明还提供以下内容：
一种可重构智能表面辅助通信的隐蔽速率联合优化***，包括隐蔽通信模型构建模块、联合优化问题构建模块、信道状态信息获取模块以及最优组合获取模块；所述联合优化问题构建模块连接所述隐蔽通信模型构建模块以及最优组合获取模块，所述最优组合获取模块连接所述信道状态信息获取模块；其中：
所述隐蔽通信模型构建模块用于构建由发射机、合法接收机、非法检测器以及可重构智能表面组成的隐蔽通信模型；
所述联合优化问题构建模块用于根据所述隐蔽通信模型，构建以使隐蔽速率最大化为目的、以所述发射机的发射功率以及可重构智能表面的反射相位作为待优化变量的联合优化问题；
所述信道状态信息获取模块用于获取所述发射机、合法接收机、非法检测器以及可重构智能表面相互之间的信道状态信息；
所述最优组合获取模块用于根据所述信道状态信息，求解所述联合优化问题得到所述发射功率以及反射相位的最优组合。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的可重构智能表面辅助通信的隐蔽速率联合优化方法的流程示意图；
图2为本发明实施例1提供的隐蔽通信模型示意图；
图3为本发明实施例1提供的步骤S4的流程示意图；
图4为本发明实施例1仿真实验中关于RIS反射元素数量的比对结果；
图5为本发明实施例1仿真实验中关于噪声不确定度的比对结果；
图6为本发明实施例提供的可重构智能表面辅助通信的隐蔽速率联合优化***示意图；
附图标记说明：1、隐蔽通信模型构建模块；2、联合优化问题构建模块；3、信道状态信息获取模块；4、最优组合获取模块。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请实施例保护的范围。
在本申请实施例使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请实施例。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。
为了解决现有技术的局限性，本实施例提供了一种技术方案，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
一种可重构智能表面辅助通信的隐蔽速率联合优化方法，请参考图1，包括以下步骤：
S1，构建由发射机、合法接收机、非法检测器以及可重构智能表面组成的隐蔽通信模型；
S2，根据所述隐蔽通信模型，构建以使隐蔽速率最大化为目的、以所述发射机的发射功率以及可重构智能表面的反射相位作为待优化变量的联合优化问题；
S3，获取所述发射机、合法接收机、非法检测器以及可重构智能表面相互之间的信道状态信息；
S4，根据所述信道状态信息，求解所述联合优化问题得到所述发射功率以及反射相位的最优组合。
相较于现有技术，本发明在确保发射机发送的信息在不被检测到的情况下，通过联合优化发射机的发射功率和可重构智能表面的反射相位，使所述合法接收机的接收功率最大化，从而优化了隐蔽通信速率；在优化的过程中，很好地避免了变量耦合的情况，且能够更好地提高无线通信***的隐蔽性。
具体的，在一种可选实施例中，所述隐蔽通信模型请参阅图2，发射机Alice由单天线组成；合法接收机Bob为单天线接收机；非法检测器Willie是一个配置功率检测器的单天线用户；可重构智能表面RIS由N个反射元素组成，用于反射发射机发送的信号，起到辅助中继的功能。所述隐蔽通信模型的通信场景为：发射机Alice向合法接收机Bob隐蔽地传输信息，避免被潜在的非法检测器Willie发现到发射机Alice与合法接收机Bob两者之间正在进行通信，RIS部署在Alice和Bob之间设法加强中继反射过程中传输向Bob的信号，同时减弱中继反射过程中传输向Willie的信号。
作为一种优选实施例，所述隐蔽通信模型采用信道不确定且在所述非法检测器所处位置存在噪声不确定性的有界不确定模型。
具体的，在所述隐蔽通信模型中，非法检测器Willie的检测策略如下：
首先，非法检测器Willie的接收信号为
Figure BDA0003071550200000081
其中，H0表示发射机Alice没有向合法接收机Bob发送信息，H1表示发射机Alice向合法接收机Bob发送信息，nw为非法检测器Willie所处位置的加性高斯白噪声，
Figure BDA0003071550200000082
其中，
Figure BDA0003071550200000083
以
Figure BDA0003071550200000084
由于存在信道不确定性，对于可重构智能表面RIS产生的反射链路存在信道估计误差，则有
Figure BDA0003071550200000085
其中
Figure BDA0003071550200000086
表示不确定信道，β∈[0,1]为信道不确定度。
而对应实际应用环境，所述非法检测器所处位置存在的噪声不确定性可能是由于温度以及环境噪声等变化的原因造成的，在所述隐蔽通信模型中，噪声的概率密度函数(probability density function，PDF)为
Figure BDA0003071550200000087
对于非法检测器Willie，若采用二元检测，则其接受功率为
Figure BDA0003071550200000088
其中，H0表示发射机Alice没有向合法接收机Bob发送信息，H1表示发射机Alice向合法接收机Bob发送信息；对于非法检测器Willie对于发射机Alice到非法检测器Willie的级联反射链路中的确定信道
Figure BDA0003071550200000089
非法检测器Willie的检测性能采用误检测率
Figure BDA00030715502000000810
来衡量，PFA为虚警(false alarm)概率，PMD为漏检(miss detection)概率：
Figure BDA00030715502000000811
Figure BDA00030715502000000812
D0表示非法检测器Willie没有检测到信息发送，D1表示Willie检测到存在信息发送，λ表示误检测率门限，则非法检测器Willie的误检测率可以写成如下形式：
Figure BDA00030715502000000813
一般而言，非法检测器Willie需要为误检测率门限设定一个最优取值使得误检测率最小，即要求最优
Figure BDA0003071550200000091
在该最优取值下非法检测器Willie的检测性能最强，不容易将发射机Alice向合法接收机Bob发送信息的情况漏检，也不容易将发射机Alice没有向合法接收机Bob发送信息的情况虚警；与之相对的是，在该最优取值下隐蔽通信面临的威胁是最大的，对通信***的性能要求也将是最高的；因此对于本实施例而言，一方面，所述隐蔽通信采用信道不确定且在所述非法检测器所处位置存在噪声不确定性的有界不确定模型，在更贴近实际应用场景的同时，由于环境噪声和窃听者对信道的不确定对于隐蔽信息的传输有很好的保护性，有助于增强隐蔽性；另一方面，在所述隐蔽通信模型中为非法检测器Willie的误检测率门限设定最优取值，在此基础上进行联合优化，也更贴近实际应用场景，使最终得到的联合优化效果更好。
具体的，以
Figure BDA0003071550200000092
是一个广义的非中心卡方变量，其非中心参数为
Figure BDA0003071550200000093
自由度为2，则X的概率密度函数的表达式为
Figure BDA0003071550200000094
其中，I0(·)为零阶第一修正贝塞尔函数，根据前述公式可得
Figure BDA0003071550200000095
当
Figure BDA0003071550200000096
时，上述公式中的第二个积分为0，则此时误检测率
Figure BDA0003071550200000097
当
Figure BDA0003071550200000098
时，
Figure BDA0003071550200000099
是一个关于λ的增函数；因此要使误检测率最小，最优检测门限的取值范围应该在
Figure BDA00030715502000000910
之中，在这个范围时的误检测率为
Figure BDA0003071550200000101
其中
Figure BDA0003071550200000102
由上式可知，
Figure BDA0003071550200000103
对于λ是单调递减函数，因此，在一种优选的实施例中，要使误检测率最小，所述非法检测器对发射机与合法接收机之间通信的误检测率门限λ的最优取值为
Figure BDA0003071550200000104
其中，ρ表示在所述非法检测器所处位置的噪声不确定度，
Figure BDA0003071550200000105
表示所述噪声不确定性中的噪声上界。
同时，对应的最小误检测率为
Figure BDA0003071550200000106
本实施例的联合优化方法，在于通过联合优化所述发射机Alice的发射功率以及可重构智能表面RIS的反射相位实现对合法接收机Bob的接收速率
Figure BDA0003071550200000107
的最大化，而由于合法接收机Bob的接收速率的表达式中对数函数的单调性，因此，联合优化的优化目标可以简化等效为追求合法接收机Bob的接收功率
Figure BDA0003071550200000108
的最大化；换言之，在本实施例中，使接收功率最大化就是使接收速率最大化。
所以，作为一种优选实施例，所述联合优化问题按以下公式表示：
Figure BDA0003071550200000109
s.t.Pa≤Pmax；
Figure BDA00030715502000001010
Figure BDA00030715502000001011
其中，
Figure BDA00030715502000001012
表示可重构智能表面的反射相位，Pa表示，hAB表示发射机与合法接收机之间的信道状态信息，hIB表示可重构智能表面与合法接收机之间的信道状态信息，hAI表示发射机与可重构智能表面之间的信道状态信息，Pmax表示发射机的发射功率限制，hAW表示发射机与非法检测器之间的信道状态信息，λ表示非法检测器对发射机与合法接收机之间通信的误检测率门限，N表示可重构智能表面的反射元素总数。
具体的，在所述联合优化问题的第二个约束项中，两个待优化变量即发射机的发射功率Pa与可重构智能表面的反射相位
Figure BDA0003071550200000111
之间存在耦合，并且第三个约束不是凸集，所以这个优化问题是一个非凸的问题，很难直接求解得到最优解；
因此，进一步的，请参考图3，在所述步骤S4中，包括以下步骤：
S41，根据发射功率的取值，将所述联合优化问题分解为只保留反射相位作为待优化变量的第一子问题以及第二子问题；
S42，分别求解所述第一子问题以及第二子问题，得到第一优选隐蔽速率以及第二优选隐蔽速率；
S43，根据所述第一优选隐蔽速率以及第二优选隐蔽速率计算出所述发射功率以及反射相位的最优组合。
具体的，从所述联合优化问题的表达式可知，由于其中一个待优化变量发射功率的取值为
Figure BDA0003071550200000112
因此根据发射功率的取值，可以将所述联合优化问题拆分成只有一个待优化变量反射相位
Figure BDA0003071550200000113
的两个子问题分别进行求解，得到两个子问题各自的最优解，再从中取性能更好的解作为全局最优解。
更进一步的，在步骤S41中，对于发射功率限制
Figure BDA0003071550200000114
的情况，取Pa＝Pmax，所述联合优化问题将表示为
Figure BDA0003071550200000115
Figure BDA0003071550200000116
Figure BDA0003071550200000117
通过变量替换使得
Figure BDA0003071550200000118
从所述联合优化问题得到以下第一子问题：
Figure BDA00030715502000001213
Figure BDA0003071550200000122
Figure BDA0003071550200000123
其中：
Figure BDA0003071550200000124
Figure BDA0003071550200000125
Figure BDA0003071550200000126
具体的，所述第一子问题仍然是一个难以求解的问题，因此，更进一步的，在所述步骤S42中，求解所述第一子问题的过程如下：
以vHRBv＝tr(RBvvH),vHRWv＝tr(RWvvH)，V＝vvH，对所述第一子问题中的约束项进行半正定松弛，使得所述第一子问题调整为以下形式再通过凸优化求解以及高斯随机方法求解得到第一优选隐蔽速率：
Figure BDA00030715502000001214
Figure BDA0003071550200000128
Figure BDA0003071550200000129
Figure BDA00030715502000001210
具体的，经过半正定松弛(semidefinite relaxation，SDR)将非凸约束转化成凸的约束得到优化问题最优值的上界之后，使得所述第一子问题转化成了一个标准凸半正定规划问题(convex semidefinite program，SDP)，其最优值是原来的第一子问题的一个上界，因此通过高斯随机方法得到所述第一子问题的近似解。
更进一步的，在步骤S41中，对于发射功率限制
Figure BDA00030715502000001211
的情况，取
Figure BDA00030715502000001212
所述联合优化问题将表示为
Figure BDA0003071550200000131
Figure BDA0003071550200000132
Figure BDA0003071550200000133
与获取所述第一子问题的方式相似，通过变量替换使得
Figure BDA0003071550200000134
从所述联合优化问题得到以下第二子问题：
Figure BDA0003071550200000135
Figure BDA0003071550200000136
Figure BDA0003071550200000137
其中：
Figure BDA0003071550200000138
Figure BDA0003071550200000139
Figure BDA00030715502000001310
更进一步的，与求解所述第一子问题的过程相似，在所述步骤S42中，求解所述第一子问题的过程如下：
以vHRBv＝tr(RBvvH),vHRWv＝tr(RWvvH)，V＝vvH，对所述第二子问题中的约束项进行半正定松弛后，所述第二子问题调整为以下形式
Figure BDA00030715502000001311
Figure BDA00030715502000001312
Figure BDA00030715502000001313
Figure BDA00030715502000001314
由于调整后上述表达式为分式形式，因此可以采用Charnes-Coopertransformation，以
Figure BDA0003071550200000141
X＝μV，使得所述第二子问题进一步调整为以下形式再通过凸优化求解以及高斯随机方法求解得到第二优选隐蔽速率：
Figure BDA00030715502000001411
s.t.tr(RWX)+μ|hAW|2＝λ；
Figure BDA0003071550200000143
Figure BDA0003071550200000144
Pmax≥μ。
进一步的，在步骤S43中，所述发射功率以及反射相位的最优组合
Figure BDA0003071550200000145
按以下公式获得：
Figure BDA0003071550200000146
其中
Figure BDA0003071550200000147
为所述第一优选隐蔽速率，
Figure BDA0003071550200000148
为所述第二优选隐蔽速率。
作为一种优选实施例，所述隐蔽通信模型采用信道不确定且在所述非法检测器所处位置存在噪声不确定性的有界不确定模型；
所述非法检测器对发射机与合法接收机之间通信的误检测率门限λ的最优取值为
Figure BDA0003071550200000149
其中，ρ表示在所述非法检测器所处位置的噪声不确定度，
Figure BDA00030715502000001410
表示所述噪声不确定性中的噪声上界。
接下来，将结合仿真实验与固定RIS相位以及固定发射功率这两种现有的优化策略进行比对说明，仿真实验比对结果请参阅图4以及图5，纵坐标为隐蔽速率，图4横坐标为RIS反射元素的数量，图5横坐标为噪声不确定度；可见，相对于固定RIS相位以及固定发射功率这两种现有的优化策略，本实施例提供的可重构智能表面辅助通信的隐蔽速率联合优化方法对于隐蔽速率有更好的提高；同时，我们也可以从中发现：随着RIS反射元素数量的增加，合法用户的隐蔽率也会随之增加。随着噪声不确定性的增加，合法用户的隐蔽速率会随之增加；但是对于现有技术而言，噪声不确定度对于用户的隐蔽速率增加的较缓慢；而对于联合优化而言，噪声不确定度对合法用户的隐蔽速率影响较大，噪声不确定度增加，隐蔽速率有相对明显的提高。
实施例2
一种可重构智能表面辅助通信的隐蔽速率联合优化***，请参阅图6，包括隐蔽通信模型构建模块1、联合优化问题构建模块2、信道状态信息获取模块3以及最优组合获取模块4；所述联合优化问题构建模块2连接所述隐蔽通信模型构建模块1以及最优组合获取模块4，所述最优组合获取模块4连接所述信道状态信息获取模块3；其中：
所述隐蔽通信模型构建模块1用于构建由发射机、合法接收机、非法检测器以及可重构智能表面组成的隐蔽通信模型；
所述联合优化问题构建模块2用于根据所述隐蔽通信模型，构建以使隐蔽速率最大化为目的、以所述发射机的发射功率以及可重构智能表面的反射相位作为待优化变量的联合优化问题；
所述信道状态信息获取模块3用于获取所述发射机、合法接收机、非法检测器以及可重构智能表面相互之间的信道状态信息；
所述最优组合获取模块4用于根据所述信道状态信息，求解所述联合优化问题得到所述发射功率以及反射相位的最优组合。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可重构智能表面辅助通信的隐蔽速率联合优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，构建由发射机、合法接收机、非法检测器以及可重构智能表面组成的隐蔽通信模型；
S2，根据所述隐蔽通信模型，构建以使隐蔽速率最大化为目的、以所述发射机的发射功率以及可重构智能表面的反射相位作为待优化变量的联合优化问题；
S3，获取所述发射机、合法接收机、非法检测器以及可重构智能表面相互之间的信道状态信息；
S4，根据所述信道状态信息，求解所述联合优化问题得到所述发射功率以及反射相位的最优组合。
2.根据权利要求1所述的可重构智能表面辅助通信的隐蔽速率联合优化方法，其特征在于，所述联合优化问题按以下公式表示：
Figure FDA0003071550190000011
s.t.Pa≤Pmax；
Figure FDA0003071550190000012
Figure FDA0003071550190000013
其中，
Figure FDA0003071550190000014
表示可重构智能表面的反射相位，Pa表示发射机的发射功率，hAB表示发射机与合法接收机之间的信道状态信息，hIB表示可重构智能表面与合法接收机之间的信道状态信息，hAI表示发射机与可重构智能表面之间的信道状态信息，Pmax表示发射机的发射功率限制，hAW表示发射机与非法检测器之间的信道状态信息，λ表示非法检测器对发射机与合法接收机之间通信的误检测率门限，N表示可重构智能表面的反射元素总数。
3.根据权利要求2所述的可重构智能表面辅助通信的隐蔽速率联合优化方法，其特征在于，在所述步骤S4中，包括以下步骤：
S41，根据发射功率的取值，将所述联合优化问题分解为只保留反射相位作为待优化变量的第一子问题以及第二子问题；
S42，分别求解所述第一子问题以及第二子问题，得到第一优选隐蔽速率以及第二优选隐蔽速率；
S43，根据所述第一优选隐蔽速率以及第二优选隐蔽速率计算出所述发射功率以及反射相位的最优组合。
4.根据权利要求3所述的可重构智能表面辅助通信的隐蔽速率联合优化方法，其特征在于，在步骤S41中，对于发射功率限制
Figure FDA0003071550190000021
的情况，取Pa＝Pmax，通过变量替换使得
Figure FDA0003071550190000022
从所述联合优化问题得到以下第一子问题：
Figure FDA0003071550190000023
Figure FDA0003071550190000024
Figure FDA0003071550190000025
其中：
Figure FDA0003071550190000026
Figure FDA0003071550190000027
Figure FDA0003071550190000028
5.根据权利要求4所述的可重构智能表面辅助通信的隐蔽速率联合优化方法，其特征在于，在所述步骤S42中，求解所述第一子问题的过程如下：
以vHRBv＝tr(RBvvH),vHRWv＝tr(RWvvH)，V＝vvH，对所述第一子问题中的约束项进行半正定松弛，使得所述第一子问题调整为以下形式再通过凸优化求解以及高斯随机方法求解得到第一优选隐蔽速率：
Figure FDA0003071550190000029
Figure FDA00030715501900000210
Figure FDA00030715501900000211
V f 0。
6.根据权利要求3所述的可重构智能表面辅助通信的隐蔽速率联合优化方法，其特征在于，在步骤S41中，对于发射功率限制
Figure FDA0003071550190000031
的情况，取
Figure FDA0003071550190000032
通过变量替换使得
Figure FDA0003071550190000033
从所述联合优化问题得到以下第二子问题：
Figure FDA0003071550190000034
Figure FDA0003071550190000035
Figure FDA0003071550190000036
其中：
Figure FDA0003071550190000037
Figure FDA0003071550190000038
Figure FDA0003071550190000039
7.根据权利要求6所述的可重构智能表面辅助通信的隐蔽速率联合优化方法，其特征在于，在所述步骤S42中，求解所述第二子问题的过程如下：
以vHRBv＝tr(RBvvH),vHRWv＝tr(RWvvH)，V＝vvH，对所述第二子问题中的约束项进行半正定松弛后，以
Figure FDA00030715501900000310
X＝μV，使得所述第二子问题调整为以下形式再通过凸优化求解以及高斯随机方法求解得到第二优选隐蔽速率：
Figure FDA00030715501900000311
s.t.tr(RWX)+μ|hAW|2＝λ；
Figure FDA00030715501900000312
X f 0；
Pmax≥μ。
8.根据权利要求3至7任一项所述的可重构智能表面辅助通信的隐蔽速率联合优化方法，其特征在于，在步骤S43中，所述发射功率以及反射相位的最优组合
Figure FDA0003071550190000041
按以下公式获得：
Figure FDA0003071550190000042
其中
Figure FDA0003071550190000043
为所述第一优选隐蔽速率，
Figure FDA0003071550190000044
为所述第二优选隐蔽速率。
9.根据权利要求1至7任一项所述的可重构智能表面辅助通信的隐蔽速率联合优化方法，其特征在于：
所述隐蔽通信模型采用信道不确定且在所述非法检测器所处位置存在噪声不确定性的有界不确定模型；
所述非法检测器对发射机与合法接收机之间通信的误检测率门限λ的最优取值为
Figure FDA0003071550190000045
其中，ρ表示在所述非法检测器所处位置的噪声不确定度，
Figure FDA0003071550190000046
表示所述噪声不确定性中的噪声上界。
10.一种可重构智能表面辅助通信的隐蔽速率联合优化***，其特征在于，包括隐蔽通信模型构建模块(1)、联合优化问题构建模块(2)、信道状态信息获取模块(3)以及最优组合获取模块(4)；所述联合优化问题构建模块(2)连接所述隐蔽通信模型构建模块(1)以及最优组合获取模块(4)，所述最优组合获取模块(4)连接所述信道状态信息获取模块(3)；其中：
所述隐蔽通信模型构建模块(1)用于构建由发射机、合法接收机、非法检测器以及可重构智能表面组成的隐蔽通信模型；
所述联合优化问题构建模块(2)用于根据所述隐蔽通信模型，构建以使隐蔽速率最大化为目的、以所述发射机的发射功率以及可重构智能表面的反射相位作为待优化变量的联合优化问题；
所述信道状态信息获取模块(3)用于获取所述发射机、合法接收机、非法检测器以及可重构智能表面相互之间的信道状态信息；
所述最优组合获取模块(4)用于根据所述信道状态信息，求解所述联合优化问题得到所述发射功率以及反射相位的最优组合。
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