[发明专利]一种基于信息超表面的波束域抗干扰和抗截获通信方法

权利要求书

1.一种基于信息超表面的波束域抗干扰和抗截获通信方法，其特征在于，所述方法包括：

获取抗干扰和抗截获通信系统的基站发射总功率门限信息、接收信干噪比大于门限信息、安全传输速率大于门限信息和收敛门限信息；所述抗干扰和抗截获通信系统包含一个配置多根天线的基站、一个配置多个反射单元的智能信息超表面，一个配置单天线的合法用户，所述合法用户周围存在一个配置多根天线的干扰机和一个配置单天线的窃听用户；

以所述抗干扰和抗截获通信系统传输速率最大化为目标函数，所述接收信干噪比大于门限信息和所述智能信息超表面各反射单元幅度归一化为约束条件，基站主动发射波束形成权矢量和智能信息超表面反射波束形成矢量为优化变量，构建待求解的优化模型为：

s.t.SINR(w_T,V)≥γ,

C_sec(w_T,V)≥τ,

||w_T||²≤P_max,

其中w_T表示基站主动发射波束形成权矢量，v＝(v₁,...,v_N)^T表示智能信息超表面反射波束形成矢量，v_n表示每个超表面反射单元相位系数，C_sec表示抗截获安全传输速率，V＝diag(v)表示v的对角化处理，γ表示抗干扰接收信干噪比门限，τ表示抗截获安全传输速率门限，P_max表示基站发射总功率门限，h_IU表示所述智能信息超表面到所述合法用户的信道向量，h_BU表示所述基站到所述合法用户的信道向量，h_JU表示所述干扰机到所述合法用户的信道向量，G_BI表示所述基站到所述智能信息超表面的信道向量，G_JI表示所述干扰机到所述智能信息超表面的信道向量，w_J表示干扰机发射波束形成矢量，表示合法用户处接收噪声方差，N表示所述智能信息超表面配置的反射单元的个数，|·|²表示模方，||·||²表示二范数的平方，|·|表示模；

在给定智能信息超表面反射波束形成矢量v的条件下，构建优化基站主动发射波束形成权矢量W_T对应的第一优化子模型为：

s.t.SINR(w_T,V)≥γ,

C_sec(w_T,V)≥τ,

||w_T||²≤P_max,

在给定基站主动发射波束形成权矢量w_T的条件下，构建优化智能信息超表面反射波束形成矢量v对应的第二优化子模型为：

C_sec(w_T,V)≥τ,

引入h_BU＝h_IUVG_BI+h_BU，h_JU＝h_IUVG_JI+h_JU，h_BE＝h_IEVG_BI+h_BE，J＝|(h_IUVG_JI+h_JU)w_J|²辅助变量代换，将转化为：

rank(W_T)＝1,

其中，·^H表示共轭转置，h_BE表示基站到窃听用户之间的信道向量，h_IE表示智能信息超表面到窃听用户之间的信道向量；

利用半正定松弛和高斯随机化方法，通过标准凸优化数学工具包CVX求解当前次迭代中所述基站主动发射波束形成权矢量的第一最优解w_T；

引入辅助变量以及将转化为：

其中，Q_n＝diag(v)，表示窃听用户处接收噪声方差

利用Charnes-Cooper变换，引入变量和将转化为:

s.t.Tr{H_US}+ηh_U≥γ,

Tr{H_JS}+η(h_J+σ_U²)＝1,

Tr{Q_nS}＝η,rank(S)＝1,

通过高斯随机化方法和标准凸优化数学工具包CVX求解当前次迭代中所述智能信息超表面反射波束形成矢量的第二最优解v；

根据所述第一最优解和所述第二最优解，得到当前次迭代后所述抗干扰和抗截获通信系统的传输速率，当所述传输速率与前一次迭代后传输速率的差值小于所述收敛门限时，结束迭代，根据最后一次迭代输出的基站主动发射波束形成权矢量配置所述基站，根据最后一次迭代输出的智能信息超表面反射波束形成矢量配置所述智能信息超表面，通过所述基站和所述智能信息超表面调控电磁波传播环境，实现抗干扰和抗截获通信。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述智能信息超表面配置在所述基站和所述合法用户之间。