[发明专利]6G RIS辅助的NOMA系统中物理层安全联合优化方法

说明书

本发明属于无线通信技术领域，公开了一种6G RIS辅助的NOMA系统中物理层安全联合优化方法，在一个具有一个基站BS和两用户U₁(近端用户)和U₂(远端用户)的下行MISO通信网络中，其中两用户位于基站的通信“死区”，使用RIS进行辅助传输，用户U₁的解调顺序优先于U₂，得出用户端U₁和U₂的解调信噪比；定义系统的安全速率；构造联合优化方程；将联合优化方程分为波束成形和功率分配两步进行求解。系统包括：功率分配模块；安全速率定义模块；联合优化方程构造模块；联合优化方程求解模块。本发明在RIS技术和NOMA结合的基础上，建立了联合优化方程，提出了一种联合波束成形算法和功率分配方案来求解方程，极大的提升系统的安全速率。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种6G RIS辅助的NOMA系统中物理层安全联合优化方法。

背景技术

目前：随着社会、经济和工业的快速发展，人们对数据流量的需求呈爆炸式增长，第六代移动通信(6G)将会是未来研究者们的研究热点，而RIS作为一种6G可行的通信技术之一受到了广泛的关注。RIS由大量低成本的无源反射面组成，它可以反射来自基站的信号，并通过控制反射信号的幅值或相位，来实现无源的波束形成，使信号增强或者减弱。

而作为5G的关键技术之一，NOMA技术也受到了广泛的关注。尤其是功率域复用的NOMA技术，它使用串行干扰技术(SIC)来实现多用户的检测，极大程度上节省了系统的频谱效率。

“M.Fu,Y.Zhou,and Y.Shi,“Intelligent Reflecting Surface for DownlinkNon-Orthogonal Mmultiple Access Networks,”in 2019 IEEE Globecom Workshops(GCWkshps),pp.1–6,2019.”中将RIS和NOMA技术结合在一起，在多用户的场景下，通过优化基站的波束成形矩阵和RIS的相位偏移矩阵，在满足所有用户速率的需求下，最小化系统的发送总功率，面对非凸的优化问题，作者提出了一系列算法来对问题进行求解。

安全性一直是评价通信系统质量好坏的关键指标之一，不依赖于上层加密算法的物理层安全越来越受到重视，与传统密码学相比，物理层安全不需要密钥和复杂的加密处理。

“Q.Wu and R.Zhang.“Towards smart and reconfigurable environment:Intelligent reflecting surface aided wireless network.”IEEE Commun.Mag.,vol.58,no.1,pp.106–112,2020.”一文提出了许多RIS在通信系统中的应用场景，其中在包含窃听者的通信网络中，RIS可以被部署在窃听端附近，通过调整反射信号来抵消窃听者窃听的信号，从而防止信息的泄露，达到提高系统物理层安全的目的。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：有部分相关从业者将RIS与NOMA技术结合起来进行研究，也有部分研究者研究了RIS在物理层安全方面的应用，但在基于RIS辅助传输的NOMA系统的物理层安全方面却几乎没有相关的研究成果。

解决以上问题及缺陷的难度为：在RIS辅助传输的NOMA系统中，需要进行联合的波束成形和功率分配来构造优化方程，达到提升系统物理层安全的目的，然而大多数解决此类问题的优化方程大都是非凸的，且复杂度较高，需要通过设计相应算法来对优化方程进行化简和求解，此类方法还没有重要的相关专利与相关文献。

解决以上问题及缺陷的意义为：本发明不仅将RIS和NOMA技术进行了结合，不仅能够提高通信系统频谱效率，解决了用户的“死区”问题，还通过联合的波束成形技术改善了NOMA远端用户的信道条件，并对传统的功率分配方式进行改变，从而交换SIC的解调信号的顺序，来提高系统的安全速率，从而防止近端用户对远端用户的恶意窃听。

发明内容