[发明专利]基于空基可重构智能表面的抗干扰方法及系统

说明书

本发明属于无线通信技术领域，公开了一种基于空基可重构智能表面的抗干扰方法及系统，具有单天线的发射节点和接收节点间在地面进行合法传输时，地面还存在着窃听节点进行攻击，通过灵活部署一种在空中的可重构智能表面，以减轻干扰攻击和增强合法的传输。针对合法信道、窃听信道的瞬时信道状态信息，构造了部署空中可重构智能表面与无源波束成形的联合优化问题。通过交替优化框架进行求解，本发明通过利用连续凸逼近法确定空中可重构智能表面的最优位置，通过利用流形优化法获得最优反射波束成形。本发明与传统方法相比，可以在增强合法传输的同时有效抑制来自窃听者的干扰攻击，从而提升系统的抗干扰通信性能。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种基于空基可重构智能表面的抗干扰方法及系统。

背景技术

在目前的军用和民用无线通信当中，抗干扰传输是一个解决信息安全问题的一个关键。通信过程中总是存在着恶意节点的干扰攻击或某些发射机的无意干扰从而严重危害合法传输，降低性能，并威胁无线信息安全。因此，抗干扰通信一直吸引着学术界和工业界的研究，并且针对抗干扰通信已经提出了各种策略，如扩频、跳频、功率控制、协作传输和基于机器学习的设计等等。

传统无线网络的抗干扰方法一般是借用现代密码学，利用其中的加密算法与密钥对通信过程中的信息进行加密，保护信息不受到窃听、攻击，从而达到安全通信的目的。然而随着计算机技术的高速发展，计算能力相比以往已经有了非常大的提升，传统的保密方法很容易就被破解。因此人们开始将研究方向转向物理层安全，利用无线网络信道的信道状态信息(Channel State Information，CSI)来实现信息安全传输。

近年来，可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface,RIS)作为一种新兴的无线技术在无线通信领域中掀起了一股浪潮。RIS通常由小尺寸、低成本、近乎无源的元件组成，它可以通过软件控制，使无线环境可编程化。RIS可以根据需要从而改变入射信号的电磁特性来改善信号的接收，因此RIS在无线领域有各种应用。例如，RIS已被用于提高无线传输的系统吞吐量、能源效率、信息安全、网络覆盖等。由于RIS可以影响无线传播，它也为抵御干扰攻击铺平了新的道路，其中干扰信号可以在反射后被减轻，而合法信号可以通过适当调整反射来增强。

现有的大部分关于RIS增强通信安全的研究都致力于发射端的策略设计。相比之下，接收端的安全问题确很少得到解决。在实际中，在上行链路传输过程中增强接收端的安全性也尤为重要，因为在上行链路传输中发射端通常是一些功率较小的用户设备，因此其通信安全会受到更大的威胁，接收端的通信安全无法得到有效保障。此外对于针对于RIS的优化，大部分研究往往只关注于RIS本身的波束成形问题，而忽略了RIS的部署对于通信系统的安全也有着很大的影响。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于空基可重构智能表面的抗干扰方法及系统，通过部署ARIS来抵御干扰，同时增强接收端的合法接收，相比于传统方案较大提升了无线通信的抗干扰性能。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种基于空基可重构智能表面的抗干扰方法，包括以下步骤：

S101、以工作在地面的多个合法收发节点、部署在空中的ARIS以及底面的窃听节点构建安全通信系统模型，并确定安全通信系统模型的瞬时信噪比和安全传输速率；

S102、根据瞬时信噪比和安全传输速率，构造最大化安全传输速率为目标的优化问题；

S103、通过固定ARIS的部署，采用流形优化对最大化安全传输速率为目标的优化问题进行求解，得到ARIS波束成形局部最优策略；

S104、基于步骤S103得到的ARIS波束成形局部最优策略，通过连续凸逼近的优化方法得到ARIS部署的局部最优策略；