CN117650819A - 基于智能反射面的传输控制方法和*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于智能反射面的传输控制方法和***，方法包括：建立***模型，***模型包括智能反射面、主基站、次基站和用户群，用户群包括主用户和预设用户数量个的次用户；根据***模型，构建第一优化问题，其中，第一优化问题的优化目标为总安全速率最大；将第一优化问题分成第一主动波束成形子问题和第一被动波束成形子问题；根据第一主动波束成形子问题和第一被动波束成形子问题，通过交替迭代更新总安全速率、在总安全速率下的主动波束成形矩阵和被动波束成形矩阵；根据主动波束成形矩阵和被动波束成形矩阵进行传输控制。本发明实现了传输控制，提高了保密率，降低了基站自由度要求。本发明可广泛应用于传输控制技术领域。

Description

基于智能反射面的传输控制方法和***

技术领域

本发明涉及传输控制技术领域，尤其涉及基于智能反射面的传输控制方法和***。

背景技术

智能反射面(IRS)可以通过调整相移使反射的信号与其他路径信号一起叠加，从而达到增加或减弱所需要的信号。目前传统智能反射面可以提高合法用户的接收质量，但也可能因随机反射有利于窃听者窃听，并且在基站处添加人工噪声干扰以迷惑窃听者时，会对基站提出更高自由度的要求。现有技术中，传输控制方法保密率低、基站自由度要求高。

发明内容

以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。

本发明实施例提供了基于智能反射面的传输控制方法和***，有效地提高了保密率，降低了基站自由度要求。

一方面，本发明实施例提供了基于智能反射面的传输控制方法，包括以下步骤：

建立***模型，所述***模型包括智能反射面、主基站、次基站和用户群，所述用户群包括主用户和预设用户数量个的次用户，其中，所述主基站用于发射信号到所述主用户，所述次基站用于通过所述主基站授权的频谱发射信号到所述用户群和所述智能反射面，所述智能反射面用于反射信号到所述用户群；

根据所述***模型，构建第一优化问题，其中，所述第一优化问题的优化目标为总安全速率最大；

将所述第一优化问题分成第一主动波束成形子问题和第一被动波束成形子问题，其中，所述第一主动波束成形子问题的优化目标包括对主用户干扰噪声小于主用户预设干扰阈值和窃听用户解码自身的可实现速率大于服务质量要求，所述第一被动波束成形子问题的优化目标包括反射信号元素值与反射干扰元素值之和等于1；

根据所述第一主动波束成形子问题和所述第一被动波束成形子问题，通过交替迭代更新所述总安全速率、在所述总安全速率下的主动波束成形矩阵和被动波束成形矩阵，所述主动波束成形矩阵用于调制所述次基站发射的信号，所述被动波束成形矩阵用于调制所述智能反射面反射的信号；

根据所述主动波束成形矩阵和所述被动波束成形矩阵进行传输控制。

在一些实施例中，所述根据所述***模型，构建第一优化问题，包括：

根据所述***模型，构建信道矩阵集，所述信道矩阵集包括从所述次基站到所述用户群的第一信道矩阵、从所述次基站到所述智能反射面的第二信道矩阵和从所述智能反射面到所述用户群的第三信道矩阵；

根据所述信道矩阵集，构建所述总安全速率方程、第一可实现速率方程和对主用户干扰噪声方程；

根据所述总安全速率方程、所述第一可实现速率方程和所述对主用户干扰噪声方程，构建所述第一优化问题。

在一些实施例中，所述根据所述信道矩阵集，构建所述总安全速率方程、第一可实现速率方程和对主用户干扰噪声方程，包括：

根据所述信道矩阵集，构建接收信号模型，所述接收信号模型包括主用户接收信号模型和次用户接收信号模型；

根据所述接收信号模型，构建第一安全用户解码第二安全用户的第一信噪比方程、窃听用户解码第二安全用户的第二信噪比方程、窃听用户解码自身的第三信噪比方程和所述对主用户干扰噪声方程，所述第一安全用户、所述第二安全用户和所述窃听用户均为次用户；

根据所述第一信噪比方程，构建第二可实现速率方程；

根据所述第二信噪比方程，构建内部窃听可实现速率方程；

根据所述第二可实现速率方程和所述内部窃听可实现速率方程，构建所述总安全速率方程；

根据所述第三信噪比方程，构建所述第一可实现速率方程。

在一些实施例中，所述根据所述第一主动波束成形子问题和所述第一被动波束成形子问题，通过交替迭代更新所述总安全速率、在所述总安全速率下的主动波束成形矩阵和被动波束成形矩阵，包括：

根据级联信道和对数函数的单调性，固定被动波束成形矩阵后将所述第一主动波束成形子问题改写成第二主动波束成形子问题；

利用一阶泰勒展开式和罚函数，固定主动波束成形矩阵后改写所述第一被动波束成形子问题的约束条件，得到第二被动波束成形子问题；

初始化主动波束成形矩阵、被动波束成形矩阵和子问题参数；

根据所述被动波束成形矩阵和所述子问题参数，对所述第二主动波束成形子问题进行求解，更新所述主动波束成形矩阵、所述子问题参数和所述总安全速率；

若所述总安全速率满足预设速率要求，则根据更新后的所述主动波束成形矩阵和更新后的所述子问题参数，对所述第二被动波束成形子问题进行求解，更新所述子问题参数和所述总安全速率；

若所述总安全速率满足预设速率要求，则更新所述被动波束成形矩阵。

在一些实施例中，所述根据级联信道和对数函数的单调性，固定被动波束成形矩阵后将所述第一主动波束成形子问题改写成第二主动波束成形子问题，包括：

根据所述级联信道和能量幅度，改写所述第一主动波束成形子问题的约束条件，得到第三主动波束成形子问题；

利用半正定松弛方法对所述第三主动波束成形子问题中的非凸约束进行放松；

根据松弛变量，利用所述对数函数的单调性和算术几何平均不等式，将所述第三主动波束成形子问题中的连续干扰消除速率约束改写为凸约束；

根据辅助变量，利用一阶秦勒展开式、线性矩阵不等式、算术几何平均不等式、对数的单调性和加法性质，将所述第三主动波束成形子问题中的非凸的目标函数改写为凸形式的目标函数；

组合所述凸约束和所述凸形式的目标函数，得到所述第二主动波束成形子问题。

在一些实施例中，所述利用一阶秦勒展开式和罚函数，固定主动波束成形矩阵后改写所述第一被动波束成形子问题的约束条件，得到第二被动波束成形子问题，包括：

利用一阶秦勒展开式，将所述第一被动波束成形子问题中的秩一的非凸约束改写为特征向量约束的秦勒展开式；

利用一阶秦勒展开式，将所述第一被动波束成形子问题中的非凸的二元约束改写为二元约束的秦勒展开式；

利用罚函数，将所述特征向量约束的秦勒展开式和所述二元约束的秦勒展开式添加到所述第一被动波束成形子问题的优化目标中，得到所述第二被动波束成形子问题。

在一些实施例中，所述第一优化问题的表达式如下：

R_nm≥R_mm，1≤m≤n≤K

R₁₁≥μ

式中，w_m为主动波束成形向量，Φ_r(j)为被动波束成形矩阵，为智能反射面元件n中的元素值，r代表元素用于反射信号，j代表元素用于反射干扰，C_s为总安全速率，K为次用户总数，P_max为次基站最大发射功率，/>为主用户预设干扰阈值，/>为从智能反射面到次用户n的信道矩阵的转置，Φ_r为反射信号的系数矩阵，H_CI为从次基站到智能反射面的信道矩阵，/>为从次基站到次用户n的信道矩阵的转置，R_nm为次用户n对次用户m进行信号解码的可实现速率，R_mm为次用户m对自身进行信号解码的可实现速率，R₁₁为次用户1对自身进行信号解码的可实现速率，μ为服务质量要求，N为元件总数。

在一些实施例中，所述第二主动波束成形子问题的表达式如下：

1≤n≤K，1≤m≤K-1

W_m≥0

r_nm≥r_mm，1≤m≤n≤K

式中，W_m为主动波束成形矩阵，r_nm为定义的一个松弛变量，r_1m为次用户1解码次用户m信噪比的松弛变量，y_m和z_m为次用户1解码次用户m信噪比的辅助变量，s_m为用户m的安全速率，C_s为总安全速率，P_max为次基站最大发射功率，Tr为矩阵的迹，H_PU为主用户的信道矩阵，R为IRS反射信号的增广相移矩阵，J为IRS反射干扰的增广相移矩阵，为主用户预设干扰阈值，H_n为次用户n的信道矩阵，t_nm为次用户n解码次用户m信噪比等式成立的因子，K为次用户总数，r_mm为次用户m信噪比的松弛变量，H₁为第一次用户的信道矩阵，μ为服务质量要求，/>为干扰噪声，t_ms为用户m安全速率等式成立的因子。

在一些实施例中，所述第二被动波束成形子问题的表达式如下：

1≤n≤K，1≤m≤K-1

R≥0，J≥0

a_r＝Diag(R)，a_j＝Diag(J)

r_nm≥r_mm，1≤m≤n≤K

式中，R为IRS反射信号的增广相移矩阵，J为IRS反射干扰的增广相移矩阵，a_r为IRS中反射信号元素的幅度向量，a_j为IRS中反射干扰元素的幅度向量，r_nm为用户n解码次用户m信噪比的松弛变量，r_1m为次用户1解码次用户m信噪比的松弛变量，y_m和z_m为次用户1解码其他次用户m信噪比的辅助变量，s_m为用户m的安全速率，C_s为总安全速率，ρ为第一惩罚因子，δ为第二惩罚因子，P为处理二元约束的秦勒展开式，为IRS元件中元素n的选择模式，X为半正定矩阵，H_PU为主用户的信道矩阵，W_m为主动波束成形矩阵，/>为主用户预设干扰阈值，K为次用户总数，Diag代表将矩阵对角线元素进行对角化操作变为向量，/>为反射信号元素值，/>为反射干扰元素值，N为元件总数，tnm为次用户n解码次用户m信噪比等式成立的因子，K为次用户总数，r_mm为次用户m信噪比的松弛变量，H₁为次用户1的信道矩阵，μ为服务质量要求，/>为干扰噪声，t_ms为用户m安全速率等式成立的因子。

另一方面，本发明实施例提供了基于智能反射面的传输控制***，包括：

第一模块，用于建立***模型，所述***模型包括智能反射面、主基站、次基站和用户群，所述用户群包括主用户和预设用户数量个的次用户，其中，所述主基站用于发射信号到所述主用户，所述次基站用于通过所述主基站授权的频谱发射信号到所述用户群和所述智能反射面，所述智能反射面用于反射信号到所述用户群；

第二模块，用于根据所述***模型，构建第一优化问题，其中，所述第一优化问题的优化目标为总安全速率最大；

第三模块，用于将所述第一优化问题分成第一主动波束成形子问题和第一被动波束成形子问题，其中，所述第一主动波束成形子问题的优化目标包括对主用户干扰噪声小于主用户预设干扰阈值和窃听用户解码自身的可实现速率大于服务质量要求，所述第一被动波束成形子问题的优化目标包括反射信号元素值与反射干扰元素值之和等于1；

第四模块，用于根据所述第一主动波束成形子问题和所述第一被动波束成形子问题，通过交替迭代更新所述总安全速率、在所述总安全速率下的主动波束成形矩阵和被动波束成形矩阵，所述主动波束成形矩阵用于调制所述次基站发射的信号，所述被动波束成形矩阵用于调制所述智能反射面反射的信号；

第五模块，用于根据所述主动波束成形矩阵和所述被动波束成形矩阵进行传输控制。

本发明所具有的有益效果如下：

本发明首先建立***模型，构建第一优化问题，第一优化问题的优化目标为总安全速率最大，然后将第一优化问题分成第一主动波束成形子问题和第一被动波束成形子问题，通过交替迭代更新总安全速率、在总安全速率下的主动波束成形矩阵和被动波束成形矩阵，最后根据主动波束成形矩阵和被动波束成形矩阵进行传输控制，实现了传输控制，提高了保密率，降低了基站自由度要求。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一种基于智能反射面的传输控制方法的流程图；

图2为本发明实施例一种新型IRS辅助认知无线电NOMA***模型的示意图；

图3为本发明实施例一种基于罚函数的自适应优化算法的示意图；

图4为本发明实施例一种传输控制过程的示意图；

图5为本发明实施例一种仿真场景模拟设置的示意图；

图6为本发明实施例一种比较不同方案收敛性的示意图；

图7为本发明实施例一种***保密率与次基站最大反射功率的关系的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。

在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

除非另有定义，本发明实施例所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本发明实施例中所使用的术语只是为了描述本发明实施例的目的，不是旨在限制本发明。

对本申请实施例进行进一步详细说明之前，对本申请实施例中涉及的名词和术语进行如下说明：

智能反射面(Intelligent Reflecting Surface，IRS)：主要有三个子层和一个控制器组成，最外层是由众多反射单元印刷在介电基板上构成，与入射信号直接作用并反射信号；第二层设计的通常是一层铜板或其他金属板，该层的主要功能是防止信号穿透反射面，从而造成信号衰减；第三层是一层控制电路板，通过控制器可以独立地调整智能反射面所有反射单元中电容、电阻、电感的值，从而实现反射信号幅度或相位的调整；控制器通常使用现场可编程门阵列，通过可编程门阵列可以控制每一个反射单元的反射系数(包括振幅和相位)。

认知无线电(Cognitive Radio,CR)：是在保证主用户的服务质量和对主用户的干扰噪声前提下，允许次用户利用授权给主用户的频谱进行通信，从而提高无线电频谱效率的一种方法。随着社会的发展，对数据和访问的需求呈现出指数级别的增长，在未来的6G中，认知无线电在降低成本和能源消耗方面具有巨大的潜力。但由于次用户受到主用户的干扰噪声的限制，提高次用户的性能的同时必然会对主用户产生更大的干扰噪声。

非正交多址(multiple access，MA)：NOMA技术在支持海量连接、低延迟和高频谱效率中起到不可忽视的作用。与传统的正交多址相比，功率域的NOMA技术允许用户在发射端进行共享频谱资源，然后在接收端每个用户执行连续干扰消除(SIC),根据不同的功率实现检测区分多用户。

下面结合附图对本申请实施例进行具体解释：

如图1所示，本发明实施例提供了基于智能反射面的传输控制方法，本实施例的方法可应用于传输控制软件对应的后台处理器、服务器或云端设备。在应用过程中，本实施例的方法包括但不限于以下步骤：

步骤S11、建立***模型，***模型包括智能反射面、主基站、次基站和用户群，用户群包括主用户和预设用户数量个的次用户，其中，主基站用于发射信号到主用户，次基站用于通过主基站授权的频谱发射信号到用户群和智能反射面，智能反射面用于反射信号到用户群。

在本实施例中，***模型如图2所示，利用智能反射面辅助认知无线电NOMA***的安全速率最大化设计，该***由主用户(PU)、预设用户数量个的次用户(SU)、智能反射面(IRS)、主基站(PBS)和次基站(CBS)组成。其中，主基站可以用于发射信号到主用户，次基站可以用于通过主基站授权的频谱发射信号到用户群和智能反射面，智能反射面可以用于反射信号到用户群。智能反射面由N个反射单元组成，由θ_n∈[0，2π)，n∈N∈{1，2，…，N}表示，a_n是第n个元件幅度的响应，θ_n表示第n个元件的相移响应，每个单元可以同时反射信号和产生干扰。Φ＝Φ_r+Φ_J，其中/>代表用于反射信号的系数矩阵；Φ_J＝Φ_jΨ_j代表信号被调制为干扰后的系数矩阵，其中Φ_j代表反射干扰系数矩阵，Ψ_j代表把入射信号调制为干扰的调制矩阵，本实施例考虑被调制后的干扰系数矩阵Φ_j，/>假设智能反射面进行独立的完全反射，故幅度能量满足/> 定义次用户的集合为K＝{SU1，SU2，…，SUk}。本实施例考虑具有两种不同安全级别需求的次用户的下行非正交多址(NOMA)认知无线电网络：次用户1为弱用户，即为窃听用户，具有服务质量要求，其余的次用户为安全用户，具有保密率需求。在本实施例中，为了保证合法安全用户的保密性，可以通过先解调窃听用户的信号，再恢复安全用户的信号。在窃听用户的服务质量要求(QoS)、辅助基站的发射功率、主用户的干扰噪声约束、连续干扰消除(SIC)解码顺序、SIC解码速率和反射单元约束下，通过联合优化CBS传输预编码矩阵和IRS相移矩阵，最大化安全用户的保密率，即总安全速率。

步骤S12、根据***模型，构建第一优化问题，其中，第一优化问题的优化目标为总安全速率最大。

在本实施例中，步骤S12的具体实施过程包括但不限于步骤S201-步骤S203：

步骤S201、根据***模型，构建信道矩阵集，信道矩阵集包括从次基站到用户群的第一信道矩阵、从次基站到智能反射面的第二信道矩阵和从智能反射面到用户群的第三信道矩阵。

在本实施例中，考虑网络中的所有通道都应该经历准静态平坦衰落，假设每个用户都有直接链路和IRS反射链路，且所有合法链路的信道状态信息(CSI)都为CBS所知，由于路径损耗较高，IRS两次或多次反射的信号，可以忽略不计。CBS到用户的直接信道服从瑞利衰落，CBS→IRS信道和IRS→{SU1，SU2，…，SUk，PU}信道服从莱斯分布。从CBS到SUk和PU的第一信道矩阵的表达式如下：

式中，C₀是定义为参考距离为1米时的路径损耗参数，d_Ck表示从次基站到用户k的距离，α_Ck表示次基站(CBS)到用户k的损耗指数，表示次基站到用户k的路径损耗，表示次基站到用户k信道的非视距(NLoS)分量。

从CBS到IRS的第二信道矩阵的表达式如下：

式中，C₀是定义为参考距离为1米时的路径损耗参数，d_CI表示从次基站到IRS的距离，α_CI表示次基站(CBS)到IRS的损耗指数，表示次基站到IRS的路径损耗，/>表示次基站到IRS信道的非视距(NLoS)分量，/>表示次基站到IRS信道的视距(NLoS)分量，β_CI表示次基站到IRS的莱斯因子。

从IRS到SUk和PU的第三信道矩阵的表达式如下：

式中，C₀是定义为参考距离为1米时的路径损耗参数，d_Ik表示从IRS到用户(包括主用户和次用户)的距离，α_Ik表示IRS到用户的损耗指数，表示IRS到用户k的路径损耗，表示IRS到用户k信道的非视距(NLoS)分量，/>表示IRS到用户k信道的视距(NLoS)分量，β_Ik表示IRS到用户k的莱斯因子。

步骤S202、根据信道矩阵集，构建总安全速率方程、第一可实现速率方程和对主用户干扰噪声方程。

在本实施例中，根据信道矩阵集，构建总安全速率方程、第一可实现速率方程和对主用户干扰噪声方程，包括：

根据信道矩阵集，构建接收信号模型，接收信号模型包括主用户接收信号模型和次用户接收信号模型；

根据接收信号模型，构建第一安全用户解码第二安全用户的第一信噪比方程、窃听用户解码第二安全用户的第二信噪比方程、窃听用户解码自身的第三信噪比方程和对主用户干扰噪声方程，第一安全用户、第二安全用户和窃听用户均为次用户；

根据第一信噪比方程，构建第二可实现速率方程；

根据第二信噪比方程，构建内部窃听可实现速率方程；

根据第二可实现速率方程和内部窃听可实现速率方程，构建总安全速率方程；

根据第三信噪比方程，构建第一可实现速率方程。

在本实施例中，可以根据信道矩阵集，构建主用户接收信号模型和次用户接收信号模型。可以构建CBS向次用户发送的信号，可表示为其中，s_k代表第k个用户的信号且满足|s_k|²＝1，k∈K，/>是预编码向量且满足最大发射功率约束： P_max是CBS的最大发射功率。由于主基站(PBS)离CBS组成的网络较远，从PBS到次用户的干扰可视为噪声，第k个SU接收到的次用户接收信号模型表达式如下：

式中，为IRS到SUk的第三信道矩阵的转置，H_CI为从CBS到IRS的第二信道矩阵，为从CBS到SUk的第一信道矩阵的转置，n_k表示用k的复高斯白噪声，Φ_r为用于反射信号的系数矩阵，Φ_j代表用于反射干扰系数矩阵，x为发射信号。

PU接收到的主用户接收信号模型表达式如下：

式中，为IRS到PU的第三信道矩阵的转置，H_CI为从CBS到IRS的第二信道矩阵，为从CBS到PU的第一信道矩阵的转置，n_k表示用k的复高斯白噪声，Φ_r为用于反射信号的系数矩阵，Φ_j代表用于反射干扰系数矩阵，x为发射信号。/>i∈{K，PU}是次用户k和主用户PU处接收到的加性复高斯白噪声，均值为0，方差为/>

在本实施例中，在传统认知无线电非正交多址网络(CR-NOMA)***中，基站通常根据用户的信道增益决定用户之间的连续干扰消除(SIC)解码顺序并分配其发射功率，弱信道用户将获得更高的分配功率。与传统的非正交多址(NOMA)***不同的是，利用IRS辅助的***可以借助IRS改变用户之间的级联信道增益，借助IRS根据不同用户的需求确定SIC解码顺序，本实施例假设SU1为弱用户，SUk为强用户，因此解码顺序为：SU1＜SU2＜…＜SUk，即SU1先解码，SUk最后解码。可以先根据接收信号模型和SIC解码顺序原理，首先解码弱用户，把其余用户当作干扰，利用接收信号模型的功率部分构建第一安全用户解码第二安全用户的第一信噪比方程，然后根据第一信噪比方程，构建第二可实现速率方程。其中，可以将次用户n作为第一安全用户，将次用户m作为第二安全用户，第一信噪比方程的表达式如下：

构建第二可实现速率方程的表达式如下：

R_nm＝log₂(1+γ_nm)，1≤m≤n≤K (7)

式中，K是次用户的集合，为加性复高斯白噪声功率，w_m为次用户m的主动波束成形向量，w_i为次用户i的主动波束成形向量，m∈K，i≥2，Φ_r为反射信号的系数矩阵，Φ_j为反射干扰的系数矩阵。当n＝m时，是次用户m可实现解码自己信号的信噪比，次用户m解码自身信号的相应可实现速率为R_mm＝log₂(1+γ_mm)，1≤m≤K (8)。

同时，为了保证SIC成功执行，次用户n对次用户m信号进行解码的可实现速率不应低于用户m对自身信号进行解码的可实现速率，应满足以下SIC解码速率约束：

R_nm≥R_mm，1≤m≤n≤K (9)

为了保证所有用户之间的速率公平性，应满足给定解码顺序下的约束条件：

在本实施例中，还可以先根据接收信号模型，构建窃听用户解码第二安全用户的第二信噪比方程，然后根据第二信噪比方程，构建内部窃听可实现速率方程。其中，可以将次用户1作为窃听用户，第二信噪比方程的表达式如下：

构建内部窃听可实现速率方程的表达式如下：

R_1m＝log₂(1+γ_1m) (12)

式中，K是次用户的集合，为加性复高斯白噪声功率，w_m为次用户m的主动波束成形向量，w_i为次用户i的主动波束成形向量，m∈K，i≥2，Φ_r为反射信号的系数矩阵，Φ_j为反射干扰的系数矩阵。

在本实施例中，可以根据由第二可实现速率方程改写后次用户m解码自身信号的可实现速率的和内部窃听可实现速率方程，构建总安全速率方程。其中，总安全速率方程的表达式如下：

式中，C_s为总安全速率，R_mm为次用户m解码自身信号的可实现速率，R_1m为内部窃听可实现速率。

在本实施例中，还可以先根据接收信号模型，构建窃听用户解码自身的第三信噪比方程，然后根据第三信噪比方程，构建第一可实现速率方程。其中，可以将次用户1作为窃听用户，第一可实现速率方程的表达式如下：

构建第一可实现速率方程的表达式如下：

R₁₁＝log₂(1+γ₁₁) (15)

同时，设次用户1的服务质量速率要求为μ，则R₁₁≥μ。

式中，w₁为窃听用户的主动波束成形向量，w_i为次用户i的主动波束成形向量，i≥2，为方差，Φ_r为反射信号的系数矩阵，Φ_j为反射干扰的系数矩阵。

在本实施例中，在认知无线电***中，为了确保PU的服务质量，还可以根据接收信号模型，构建对主用户干扰噪声方程。其中，第一可实现速率方程的表达式如下：

式中，K是次用户的集合，w_m为次用户m的主动波束成形矩阵，m∈K，为主用户预设干扰阈值，Φ_r为反射信号的系数矩阵。

步骤S203、根据总安全速率方程、第一可实现速率方程和对主用户干扰噪声方程，构建第一优化问题。

在本实施例中，为了确保在IRS辅助的CR-NOMA网络中的安全通信，目标是在CBS的发射功率、PU的干扰约束、SIC解码速率、SIC解码顺序和SU1的速率要求下，通过联合优化CBS的主动波束成形、IRS选择模型和IRS相移矩阵，最大化安全需求用户的保密率，即总安全速率。可以根据总安全速率方程、第一可实现速率方程和对主用户干扰噪声方程，构建第一优化问题。其中，第一优化问题表达式如下：

R_nm≥R_mm，1≤m≤n≤K (17e)

R₁₁≥μ (17F)

式中，公式(17b)是CBS的最大发射功率约束，公式(17c)是PU的预定义干扰阈值，公式(17d)是SIC确保每个用户的解码顺序约束，公式(17e)是保证SIC成功执行的解码速率约束，公式(17f)是次用户1的服务质量约束，公式(17g)是确保IRS能量守恒定律的约束，公式(17h)是IRS选择模式约束。下标n表示IRS元件N中的某个元素，上标r这个元素表示用于反射信号，上标j表示这个元素用于反射干扰。w_m为主动波束成形向量，Φ_r(j)为被动波束成形矩阵，/>为智能反射面元件n中的元素值，r代表元素用于反射信号，j代表元素用于反射干扰，C_s为总安全速率，K为次用户总数，P_max为次基站最大发射功率，/>为主用户预设干扰阈值，/>为从智能反射面到次用户n的信道矩阵的转置，Φ_r为反射信号的系数矩阵，H_CI为从次基站到智能反射面的信道矩阵，/>为从次基站到次用户n的信道矩阵的转置，R_nm为次用户n对次用户m进行信号解码的可实现速率，R_mm为次用户m对自身进行信号解码的可实现速率，R₁₁为次用户1对自身进行信号解码的可实现速率，μ为服务质量要求，N为元件总数。

步骤S13、将第一优化问题分成第一主动波束成形子问题和第一被动波束成形子问题，其中，第一主动波束成形子问题的优化目标包括对主用户干扰噪声小于主用户预设干扰阈值和窃听用户解码自身的可实现速率大于服务质量要求，第一被动波束成形子问题的优化目标包括反射信号元素值与反射干扰元素值之和等于1。

在本实施例中，由于变量的耦合，非凸的目标函数和约束以及二元变量的约束使得问题(17)难以解决。为了更好的解决问题，将问题分成两个子问题进行优化，即第一主动波束成形子问题和第一被动波束成形子问题。为了处理二进制约束和秩一约束，本实施例采用基于惩罚的AO算法。

在本实施例中，在给定被动波束成形矩阵的情况下优化主动波束成形矩阵，第一主动波束成形子问题可以表述为：

R_nm≥R_mm，1≤m≤n≤K (18e)

R₁₁≥μ (18f)

式中，w_m为主动波束成形向量，C_s为总安全速率，K为次用户总数，P_max为次基站最大发射功率，为主用户预设干扰阈值，/>为从智能反射面到次用户n的信道矩阵的转置，Φ_r为反射信号的系数矩阵，H_CI为从次基站到智能反射面的信道矩阵，/>为从次基站到次用户n的信道矩阵的转置，R_nm为次用户n对次用户m进行信号解码的可实现速率，R_mm为次用户m对自身进行信号解码的可实现速率，R₁₁为次用户1对自身进行信号解码的可实现速率，μ为服务质量要求，N为元件总数。

步骤S14、根据第一主动波束成形子问题和第一被动波束成形子问题，通过交替迭代更新总安全速率、在总安全速率下的主动波束成形矩阵和被动波束成形矩阵，主动波束成形矩阵用于调制次基站发射的信号，被动波束成形矩阵用于调制智能反射面反射的信号。

在本实施例中，步骤S14的具体实施过程包括但不限于步骤S301-步骤S306：

步骤S301、根据级联信道和对数函数的单调性，固定被动波束成形矩阵后将第一主动波束成形子问题改写成第二主动波束成形子问题。

在本实施例中，根据级联信道和对数函数的单调性，固定被动波束成形矩阵后将所述第一主动波束成形子问题改写成第二主动波束成形子问题，包括：

根据级联信道和能量幅度，改写第一主动波束成形子问题的约束条件，得到第三主动波束成形子问题；

利用半正定松弛方法对第三主动波束成形子问题中的非凸约束进行放松；

根据松弛变量，利用对数函数的单调性和算术几何平均不等式，将第三主动波束成形子问题中的连续干扰消除速率约束改写为凸约束；

根据辅助变量，利用一阶秦勒展开式、线性矩阵不等式、算术几何平均不等式、对数的单调性和加法性质，将第三主动波束成形子问题中的非凸的目标函数改写为凸形式的目标函数；

组合凸约束和凸形式的目标函数，得到第二主动波束成形子问题。

在本实施例中，为了简单起见，定义变量J＝jj^H，其中W_m，R、J需要满足rank(W_m)＝1，W_m≥0；Fank(R)＝1，R≥0，a_r＝Diag(R)；rank(J)＝1，J≥0，aj＝Diag(J)；定义级联信道/> W_m是主动波束成形矩阵，R，J是被动波束成形矩阵，a_r，a_j是IRS元件的能量幅度)，H_n为级联信道，下标n代表不同的用户，K代表用户集合。基于此可以得到：

因此，约束(18c)可以转化为：

约束(18d)改写为：

信噪比可以改写为：

约束(18e)可以改写为：log₂(1+γ_nm)≥log₂(1+γ_mm)，1≤m≤n≤K (25)

约束(18f)可以改写为：

目标函数可以改写为：

式中，[x]⁺是指取0与x之间的最大值。

因此，第一主动波束成形子问题(18)可以重述为第三主动波束成形子问题(28)：

log₂(1+γ_nm)≥log₂(1+γ_mm)，1≤m≤n≤K (28e)

W_m≥0 (28g)

rank(W_m)＝1 (28h)

由于目标函数(28a)、约束(28e)、(28f)、(28h)是非凸的，使得问题难以求解。对于非凸约束(28h)，可以利用本正定松弛(SDR)方法进行放松，忽略掉(28h)。为了处理连续干扰消除(SIC)速率约束(28e)，利用对数函数的单调性，约束(28e)可以改写为：

γ_nm≥γ_mm，1≤m≤n≤K (29)

然后引入一个松弛变量r_nm，令r_nm≤γ_nm，根据(24)可知

为了更好的处理式子(30)右边的一个耦合的分式形式，采用算术几何平均不等式将(30)改写为：

式中，当且仅当/>时，等式成立。

因此可以把式(29)即约束(28e)改写为凸约束：

r_nm≥r_mm，1≤m≤n≤K (32)

对于非凸(28f)，可以利用对数性质，将它们重写为凸形式：

对于非凸的目标函数，可以利用对数的单调性和加法性质，将目标函数(27)改写为：

为了处理目标函数的分式形式，引入松弛变量r_1m，且r_1m≥γ_1m，利用(24)式可以将r_1m≥γ_1m改写为：

然后进一步改写为：

由于(36)式左边变量的耦合，使得问题难求解，引入两个辅助变量y_m、z_m使得(36)式转换为：

由于(38)、(39)是非凸的，问题依然无法求解，对于(39)，可以利用线性矩阵不等式改写为凸形式：

由秦勒展开式定义知道，f(x)在x＝a处的展开式为：

式中，o[(x-a)ⁿ]为高阶无穷小。

令则f(x)在/>处的一阶秦勒展开式为/>那么式(38)改写为凸形式：

到此由(35)式就转换为了凸形式(41)。经过上面辅助变量转换可以知道r_1m≥γ_1m，r_mm≤γ_mm，则(34)式2≤m≤K可以转换为：

引入松弛变量s_m，令为了更好地解决(42)中左边的分式形式，可以采取算术几何平均不等式进行转化为：

当且仅当时，上述等式(43)成立。可以利用几何平均数将目标函数改写为：/>

到此，问题(28)就转化为了一个凸问题，第二主动波束成形子问题的表达式如下：

W_m≥0 (45e)

r_nm≥r_mm，1≤m≤n≤K (45g)

/>

式中，W_m为主动波束成形矩阵，r_nm为定义的一个松弛变量，r_1m为次用户1解码次用户m信噪比的松弛变量，y_m和z_m为次用户1解码次用户m信噪比的辅助变量，s_m为用户m的安全速率，C_s为总安全速率，P_max为次基站最大发射功率，Tr为矩阵的迹，H_PU为主用户的信道矩阵，R为IRS反射信号的增广相移矩阵，J为IRS反射干扰的增广相移矩阵，为主用户预设干扰阈值，H_n为次用户n的信道矩阵，t_nm为次用户n解码次用户m信噪比等式成立的因子，K为次用户总数，r_mm为次用户m信噪比的松弛变量，H₁为第一次用户的信道矩阵，μ为服务质量要求，/>为干扰噪声，t_ms为用户m安全速率等式成立的因子。

步骤S302、利用一阶秦勒展开式和罚函数，固定主动波束成形矩阵后改写第一被动波束成形子问题的约束条件，得到第二被动波束成形子问题。

在本实施例中，利用一阶秦勒展开式和罚函数，固定主动波束成形矩阵后改写第一被动波束成形子问题的约束条件，得到第二被动波束成形子问题，包括：

利用一阶秦勒展开式，将第一被动波束成形子问题中的秩一的非凸约束改写为特征向量约束的秦勒展开式；

利用一阶秦勒展开式，将第一被动波束成形子问题中的非凸的二元约束改写为二元约束的秦勒展开式；

利用罚函数，将特征向量约束的秦勒展开式和二元约束的秦勒展开式添加到第一被动波束成形子问题的优化目标中，得到第二被动波束成形子问题。

在本实施例中，在给定主动波束成形矩阵W_m时，优化被动波束成形矩阵的第一被动波束成形子问题可以表述为：

(31)，(32)，(33)，(37)，(40)，(41)，(43) (46d)

R≥0，J≥0 (46e)

rank(R)＝1，rank(J)＝1 (46f)

a_r＝Diag(R)，a_j＝Diag(J) (46g)

/>

式中，下标n表示IRS元件N中的某个元素，上标r表示这个元素用于反射信号，上标j表示这个元素用于反射干扰。

在问题(46)中，由于(46f)，(46i)是非凸的，使得问题难以求解。对于(46f)秩一的非凸约束，有以下关系：对于半正定矩阵X即X≥0，有，根据核范数和谱范数与矩阵的特征值的关系，可知||X||_*＝∑_tσ_t，||X||₂＝σ₁，σ_t是X的第t个最大特征值，因此可知||X||_*-||X||₂≥0，所以当||X||_*-||X||₂＝0时，可以得到rank(X)＝1。又由矩阵的迹与矩阵的特征值的关系可得||X||_*＝Tr(X)，则有：

||X||_*-||X||₂＝Tr(X)-||X||₂ (47)

考虑到||X||₂是非光滑函数，使用一阶秦勒展开式重新表述||X||₂，令λ(X，X⁽ⁱ⁾)＝||X||₂在X⁽ⁱ⁾处一阶秦勒展开式为：

式中，是X⁽ⁱ⁾最大特征值的特征向量。

由此可以得到：

将约束(46f)转换为(49)式，并利用罚函数将约束添加到目标函数中，将rank(R)、rank(J)进行逼近于1。对于非凸的二元约束(46i)，把它转化为连续的情况，即t∈{r，j}，因此可以得到：

式(50)等号成立的条件是对于/>进一步利用一阶秦勒展开公式，令/>在/>处进行一阶秦勒展开，可以得到：

那么可知令/>

因此可以利用罚函数，将(50)式进行逼近使等式成立，从而满足约束(46i)的条件。在罚函数的帮助下，将(49)、(52)添加至目标函数中，第一被动波束成形子问题(46)可以改写为第二被动波束成形子问题的表达式如下：

/>

R≥0，J≥0 (53e)

a_r＝Diag(R)，a_j＝Diag(J) (53f)

r_nm≥r_mm，1≤m≤n≤K (53i)

式中，R为IRS反射信号的增广相移矩阵，J为IRS反射干扰的增广相移矩阵，a_r为IRS中反射信号元素的幅度向量，a_j为IRS中反射干扰元素的幅度向量，rnm为用户n解码次用户m信噪比的松弛变量，r_1m为次用户1解码次用户m信噪比的松弛变量，y_m和z_m为次用户1解码其他次用户m信噪比的辅助变量，s_m为用户m的安全速率，C_s为总安全速率，ρ为第一惩罚因子，δ为第二惩罚因子，P为处理二元约束的秦勒展开式，为IRS元件中元素n的选择模式，X为半正定矩阵，H_PU为主用户的信道矩阵，W_m为主动波束成形矩阵，/>为主用户预设干扰阈值，K为次用户总数，Diag代表将矩阵对角线元素进行对角化操作变为向量，/>为反射信号元素值，/>为反射干扰元素值，N为元件总数，tnm为次用户n解码次用户m信噪比等式成立的因子，K为次用户总数，r_mm为次用户m信噪比的松弛变量，H₁为次用户1的信道矩阵，μ为服务质量要求，/>为干扰噪声，tms为用户m安全速率等式成立的因子。

步骤S303、初始化主动波束成形矩阵、被动波束成形矩阵和子问题参数；

步骤S304、根据被动波束成形矩阵和子问题参数，对第二主动波束成形子问题进行求解，更新主动波束成形矩阵、子问题参数和总安全速率；

步骤S305、若总安全速率满足预设速率要求，则根据更新后的主动波束成形矩阵和更新后的子问题参数，对第二被动波束成形子问题进行求解，更新子问题参数和总安全速率；

步骤S306、若总安全速率满足预设速率要求，则更新被动波束成形矩阵。

在本实施例中，第二主动波束成形子问题(45)是一个标准的凸优化问题，利用现成的凸优化工具包，例如CVX进行求解，求解得到了W_m后，当Rank(W_m)＝1时，可以直接利用特征值分解进行得到w_m，否则，可以通过高斯随机化进行求解得到一个次优解。第二被动波束成形子问题(53)也是一个凸优化问题，可以使用凸优化工具包进行求解得到R，J。可以通过基于罚函数的AO算法进行迭代，迭代求解过程如图3所示，可以先初始化主动波束成形矩阵W_m、被动波束成形矩阵R，J和子问题参数，其中子问题参数可以包括然后根据被动波束成形矩阵和子问题参数，对改写后的第二主动波束成形子问题进行求解，更新主动波束成形矩阵、子问题参数和总安全速率C_s，若总安全速率满足则根据更新后的主动波束成形矩阵和更新后的子问题参数，对改写后的第二被动波束成形子问题进行求解，更新子问题参数和总安全速率，若总安全速率满足/> 则更新被动波束成形矩阵，若子问题参数满足 则返回对第二主动波束成形子问题进行求解这一步骤，通过上述步骤迭代求解直至总安全速率不满足/>或达到迭代次数。

步骤S15、根据主动波束成形矩阵和被动波束成形矩阵进行传输控制。

在本实施例中，在一个通信***中，信号由基站发射出去，由于无线通信的广播特性，周围的用户都可以接收到信号，这个时候为了避免其他用户接受到的信号，可以通过优化这个基站的波束使其更加指向本信号的用户。为了进一步加强用户的通信速率，实施例通过引入IRS来辅助通信，IRS也可以接收到基站发射的波束，可以通过优化IRS的波束(IRS的波束为被动波束，基站的波束为主动波束)，使得IRS的波束也指向本信号的用户。其中，为了进一步干扰窃听，IRS利用部分的信号调制为干扰，干扰这部分通过优化使其更加指向非本信号的用户，从而提高安全性。在本实施例中，在生成信道的时候就可以知道每个用户的位置，然后根据计算得到的主动波束成形矩阵，在基站发送信息时调制为主动波束成形进行发送，在IRS处接受到基站的波束后，也可以根据被动波束成形矩阵，将IRS的发射波束调制为被动波束进行反射。此时，信号指向的用户处就会接收到这两个主动波束和被动波束，其他非信号指向的用户接收到的波束就比较少，以实现传输控制。其中，IRS的反射可以在使用FPGA等芯片进行控制的，根据用户需求而调整。波束的功率就是信号的功率，优化后接收波束功率增加，所以接收信号功率增加，使得信号指向的用户更容易接收到信号，而其他非信号指向的用户更难接收到此信号，从而能有效防止窃听。在本实施例中，通过优化波束使得波束更加指向用户从而提高安全性，本方案还通过IRS接收到的信号生成干扰去干扰窃听，安全速率＝用户接受的速率-被非本用户接受到的速率。通过优化波束，可以提高用户接受的速率，使得非本用户接受到的波束较少，从而被窃听的速率就减少，同时如果IRS可以利用部分信号生成干扰去干扰非本用户的话，根据信噪比公式可以知道，噪声增加，窃听者的速率就下降了。

在本实施例中，传输控制方法的整体流程如图4所示，可以先将传输信道模型和IRS模型集成到新型IRS辅助认知无线电NOMA***中，然后收集信道状态信息、用户位置信息、通信模型信息和IRS位置信息进行优化设计，再对问题进行求解，包括问题简化、优化主动波束成形、优化被动波束成形、交替迭代优化波束成形，最后最大化具有安全需求次用户的保密率，得到局部最优解。

在本实施例中，对用户的安全速率进行仿真实验，可以通过计算保密率来反映出***的安全性。可以通过仿真结果来验证本实施例的有效性，如图5所示，考虑了一个三维的坐标系，其中次基站CBS采用位于z轴的均匀线性阵列(ULA)，新型IRS采用一个平行于y-z平面的均匀平面阵列，CBS和新型IRS分别位于(0，0，5)、(0，10，2)米处。天线间距为半波长，IRS元素的数量设置为N＝N_yN_z，其中N_y表示沿_y轴的IRS元素数量，N_z表示沿z轴的IRS元素数量，可以设置N_y＝4，N_z随着N线性增加。假设用户数量K＝2，主用户PU＝1，分别位于(5，18，0)，(0，40，0)，(0，70，0)。C₀＝-30dB表示参考距离d₀＝1米处的路径损耗，将从次基站到用户的路径损失指数设置为α_Ck＝3.6，从次基站到智能反射面的路径损失指数设置为α_CI＝2.2，从智能反射面到用户的路径损失指数设置为α_Ik＝2.2，莱斯因子设置为β_CI＝β_Ik＝3dB，噪声功率设置为惩罚因子ρ＝δ＝0.1，步长ω＝2，干扰阈值设置为/>收敛阈值设置为∈＝10^-3。本实施例将本实施例方法(The proposed Scheme)与三种基准方案进行比较：(1)不存在智能反射面的方案(The without IRS)：没有被动波束成形，仅优化次基站(CBS)中的主动波束成形；(2)优化主动波束成形的方案(Optimizing activebeamforming)：新型IRS元素随机分为两种类型并且进行随机的赋值，然后优化次基站的主动波束成形；(3)传统方案(The traditional Scheme)：所有RIS元件都用于反射入射信号，不进行干扰优化处理。实验结果如图6所示，当次基站最大发射功率P_max＝20dBm，次用户1的服务质量要求μ＝1(bits/Hz)，IRS元件数量为N＝40，次基站天线数M＝4时，得到的***的保密率与收敛性的关系。从中可以观察到本实施例中的目标函数在4次迭代内就收敛，并且通过比较本实施例方法和基准方案的保密率，可以看到本实施例方法优于其他方案，尤其是没有使用IRS的方案。实验结果还如图7所示，当次基站最大发射功率P_max＝20dBm，次用户1的服务质量要求μ＝1(bits/Hz)，IRS元件数量为N＝40时，得到的***的保密率与次基站发射功率的关系。从中可以看出随着基站的发射功率的增加，所有方案都随着功率的增加而提高。同时，在实现相同的保密率的前提下，本实施例方法相比于其他方案需要的功率更少，体现了本实施例方法的有效性。

实施本发明实施例的有益效果包括：本发明实施例首先建立***模型，构建第一优化问题，第一优化问题的优化目标为总安全速率最大，然后将第一优化问题分成第一主动波束成形子问题和第一被动波束成形子问题，通过交替迭代更新总安全速率、在总安全速率下的主动波束成形矩阵和被动波束成形矩阵，最后根据主动波束成形矩阵和被动波束成形矩阵进行传输控制，实现了传输控制，提高了保密率，降低了基站自由度要求。本实施例通过采用智能反射面辅助通信***通信，同时干扰通信过程中的窃听问题，防止信息被窃听，以提高***的保密性。

本发明实施例还提供了基于智能反射面的传输控制***，包括：

第一模块，用于建立***模型，***模型包括智能反射面、主基站、次基站和用户群，用户群包括主用户和预设用户数量个的次用户，其中，主基站用于发射信号到主用户，次基站用于通过主基站授权的频谱发射信号到用户群和智能反射面，智能反射面用于反射信号到用户群；

第二模块，用于根据***模型，构建第一优化问题，其中，第一优化问题的优化目标为总安全速率最大；

第三模块，用于将第一优化问题分成第一主动波束成形子问题和第一被动波束成形子问题，其中，第一主动波束成形子问题的优化目标包括对主用户干扰噪声小于主用户预设干扰阈值和窃听用户解码自身的可实现速率大于服务质量要求，第一被动波束成形子问题的优化目标包括反射信号元素值与反射干扰元素值之和等于1；

第四模块，用于根据第一主动波束成形子问题和第一被动波束成形子问题，通过交替迭代更新总安全速率、在总安全速率下的主动波束成形矩阵和被动波束成形矩阵，主动波束成形矩阵用于调制次基站发射的信号，被动波束成形矩阵用于调制智能反射面反射的信号；

第五模块，用于根据主动波束成形矩阵和被动波束成形矩阵进行传输控制。

上述方法实施例中的内容均适用于本***实施例中，本***实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本发明权利要求所限定的范围。

Claims (10)

1.基于智能反射面的传输控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

建立***模型，所述***模型包括智能反射面、主基站、次基站和用户群，所述用户群包括主用户和预设用户数量个的次用户，其中，所述主基站用于发射信号到所述主用户，所述次基站用于通过所述主基站授权的频谱发射信号到所述用户群和所述智能反射面，所述智能反射面用于反射信号到所述用户群；

根据所述***模型，构建第一优化问题，其中，所述第一优化问题的优化目标为总安全速率最大；

将所述第一优化问题分成第一主动波束成形子问题和第一被动波束成形子问题，其中，所述第一主动波束成形子问题的优化目标包括对主用户干扰噪声小于主用户预设干扰阈值和窃听用户解码自身的可实现速率大于服务质量要求，所述第一被动波束成形子问题的优化目标包括反射信号元素值与反射干扰元素值之和等于1；

根据所述第一主动波束成形子问题和所述第一被动波束成形子问题，通过交替迭代更新所述总安全速率、在所述总安全速率下的主动波束成形矩阵和被动波束成形矩阵，所述主动波束成形矩阵用于调制所述次基站发射的信号，所述被动波束成形矩阵用于调制所述智能反射面反射的信号；

根据所述主动波束成形矩阵和所述被动波束成形矩阵进行传输控制。

2.根据权利要求1所述的基于智能反射面的传输控制方法，其特征在于，所述根据所述***模型，构建第一优化问题，包括：

根据所述***模型，构建信道矩阵集，所述信道矩阵集包括从所述次基站到所述用户群的第一信道矩阵、从所述次基站到所述智能反射面的第二信道矩阵和从所述智能反射面到所述用户群的第三信道矩阵；

根据所述信道矩阵集，构建所述总安全速率方程、第一可实现速率方程和对主用户干扰噪声方程；

根据所述总安全速率方程、所述第一可实现速率方程和所述对主用户干扰噪声方程，构建所述第一优化问题。

3.根据权利要求2所述的基于智能反射面的传输控制方法，其特征在于，所述根据所述信道矩阵集，构建所述总安全速率方程、第一可实现速率方程和对主用户干扰噪声方程，包括：

根据所述信道矩阵集，构建接收信号模型，所述接收信号模型包括主用户接收信号模型和次用户接收信号模型；

根据所述接收信号模型，构建第一安全用户解码第二安全用户的第一信噪比方程、窃听用户解码第二安全用户的第二信噪比方程、窃听用户解码自身的第三信噪比方程和所述对主用户干扰噪声方程，所述第一安全用户、所述第二安全用户和所述窃听用户均为次用户；

根据所述第一信噪比方程，构建第二可实现速率方程；

根据所述第二信噪比方程，构建内部窃听可实现速率方程；

根据所述第二可实现速率方程和所述内部窃听可实现速率方程，构建所述总安全速率方程；

根据所述第三信噪比方程，构建所述第一可实现速率方程。

4.根据权利要求1所述的基于智能反射面的传输控制方法，其特征在于，所述根据所述第一主动波束成形子问题和所述第一被动波束成形子问题，通过交替迭代更新所述总安全速率、在所述总安全速率下的主动波束成形矩阵和被动波束成形矩阵，包括：

根据级联信道和对数函数的单调性，固定被动波束成形矩阵后将所述第一主动波束成形子问题改写成第二主动波束成形子问题；

利用一阶泰勒展开式和罚函数，固定主动波束成形矩阵后改写所述第一被动波束成形子问题的约束条件，得到第二被动波束成形子问题；

初始化主动波束成形矩阵、被动波束成形矩阵和子问题参数；

根据所述被动波束成形矩阵和所述子问题参数，对所述第二主动波束成形子问题进行求解，更新所述主动波束成形矩阵、所述子问题参数和所述总安全速率；

若所述总安全速率满足预设速率要求，则根据更新后的所述主动波束成形矩阵和更新后的所述子问题参数，对所述第二被动波束成形子问题进行求解，更新所述子问题参数和所述总安全速率；

若所述总安全速率满足预设速率要求，则更新所述被动波束成形矩阵。

5.根据权利要求4所述的基于智能反射面的传输控制方法，其特征在于，所述根据级联信道和对数函数的单调性，固定被动波束成形矩阵后将所述第一主动波束成形子问题改写成第二主动波束成形子问题，包括：

根据所述级联信道和能量幅度，改写所述第一主动波束成形子问题的约束条件，得到第三主动波束成形子问题；

利用半正定松弛方法对所述第三主动波束成形子问题中的非凸约束进行放松；

根据松弛变量，利用所述对数函数的单调性和算术几何平均不等式，将所述第三主动波束成形子问题中的连续干扰消除速率约束改写为凸约束；

根据辅助变量，利用一阶泰勒展开式、线性矩阵不等式、算术几何平均不等式、对数的单调性和加法性质，将所述第三主动波束成形子问题中的非凸的目标函数改写为凸形式的目标函数；

组合所述凸约束和所述凸形式的目标函数，得到所述第二主动波束成形子问题。

6.根据权利要求4所述的基于智能反射面的传输控制方法，其特征在于，所述利用一阶泰勒展开式和罚函数，固定主动波束成形矩阵后改写所述第一被动波束成形子问题的约束条件，得到第二被动波束成形子问题，包括：

利用一阶泰勒展开式，将所述第一被动波束成形子问题中的秩一的非凸约束改写为特征向量约束的泰勒展开式；

利用一阶泰勒展开式，将所述第一被动波束成形子问题中的非凸的二元约束改写为二元约束的泰勒展开式；

利用罚函数，将所述特征向量约束的泰勒展开式和所述二元约束的泰勒展开式添加到所述第一被动波束成形子问题的优化目标中，得到所述第二被动波束成形子问题。

7.根据权利要求1所述的基于智能反射面的传输控制方法，其特征在于，所述第一优化问题的表达式如下：

R_nm≥R_mm,1≤m≤n≤K

R₁₁≥μ

式中，w_m为主动波束成形向量，Φ_r(j)为被动波束成形矩阵，为智能反射面元件n中的元素值，r代表元素用于反射信号，j代表元素用于反射干扰，C_s为总安全速率，K为次用户总数，P_max为次基站最大发射功率，/>为主用户预设干扰阈值，/>为从智能反射面到次用户n的信道矩阵的转置，Φ_r为反射信号的系数矩阵，H_CI为从次基站到智能反射面的信道矩阵，/>为从次基站到次用户n的信道矩阵的转置，R_nm为次用户n对次用户m进行信号解码的可实现速率，R_mm为次用户m对自身进行信号解码的可实现速率，R₁₁为次用户1对自身进行信号解码的可实现速率，μ为服务质量要求，N为元件总数。

8.根据权利要求5所述的基于智能反射面的传输控制方法，其特征在于，所述第二主动波束成形子问题的表达式如下：

1≤n≤K,1≤m≤K-1

W_m≥0

r_nm≥r_mm,1≤m≤n≤K

式中，W_m为主动波束成形矩阵，r_nm为定义的一个松弛变量，r_1m为次用户1解码次用户m信噪比的松弛变量，y_m和z_m为次用户1解码次用户m信噪比的辅助变量，s_m为用户m的安全速率，C_s为总安全速率，P_max为次基站最大发射功率，Tr为矩阵的迹，H_PU为主用户的信道矩阵，R为IRS反射信号的增广相移矩阵，J为IRS反射干扰的增广相移矩阵,为主用户预设干扰阈值，H_n为次用户n的信道矩阵，t_nm为次用户n解码次用户m信噪比等式成立的因子，K为次用户总数，r_mm为次用户m信噪比的松弛变量，H₁为第一次用户的信道矩阵，μ为服务质量要求，/>为干扰噪声，t_ms为用户m安全速率等式成立的因子。

9.根据权利要求6所述的基于智能反射面的传输控制方法，其特征在于，所述第二被动波束成形子问题的表达式如下：

1≤n≤K,1≤m≤K-1

a_r＝Diag(R),a_j＝Diag(J)

r_nm≥r_mm,1≤m≤n≤K

式中，R为IRS反射信号的增广相移矩阵，J为IRS反射干扰的增广相移矩阵，a_r为IRS中反射信号元素的幅度向量，a_j为IRS中反射干扰元素的幅度向量，r_nm为用户n解码次用户m信噪比的松弛变量，r_1m为次用户1解码次用户m信噪比的松弛变量，y_m和z_m为次用户1解码其他次用户m信噪比的辅助变量，s_m为用户m的安全速率，C_s为总安全速率，ρ为第一惩罚因子，δ为第二惩罚因子，P为处理二元约束的泰勒展开式，为IRS元件中元素n的选择模式，X为半正定矩阵，H_PU为主用户的信道矩阵，W_m为主动波束成形矩阵，/>为主用户预设干扰阈值，K为次用户总数，Diag代表将矩阵对角线元素进行对角化操作变为向量，/>为反射信号元素值，为反射干扰元素值，N为元件总数，t_nm为次用户n解码次用户m信噪比等式成立的因子，K为次用户总数，r_mm为次用户m信噪比的松弛变量，H₁为次用户1的信道矩阵，μ为服务质量要求，/>为干扰噪声，t_ms为用户m安全速率等式成立的因子。

10.基于智能反射面的传输控制***，其特征在于，包括：

第一模块，用于建立***模型，所述***模型包括智能反射面、主基站、次基站和用户群，所述用户群包括主用户和预设用户数量个的次用户，其中，所述主基站用于发射信号到所述主用户，所述次基站用于通过所述主基站授权的频谱发射信号到所述用户群和所述智能反射面，所述智能反射面用于反射信号到所述用户群；

第二模块，用于根据所述***模型，构建第一优化问题，其中，所述第一优化问题的优化目标为总安全速率最大；

第三模块，用于将所述第一优化问题分成第一主动波束成形子问题和第一被动波束成形子问题，其中，所述第一主动波束成形子问题的优化目标包括对主用户干扰噪声小于主用户预设干扰阈值和窃听用户解码自身的可实现速率大于服务质量要求，所述第一被动波束成形子问题的优化目标包括反射信号元素值与反射干扰元素值之和等于1；

第四模块，用于根据所述第一主动波束成形子问题和所述第一被动波束成形子问题，通过交替迭代更新所述总安全速率、在所述总安全速率下的主动波束成形矩阵和被动波束成形矩阵，所述主动波束成形矩阵用于调制所述次基站发射的信号，所述被动波束成形矩阵用于调制所述智能反射面反射的信号；

第五模块，用于根据所述主动波束成形矩阵和所述被动波束成形矩阵进行传输控制。