[发明专利]基于RIS使能的上行随机扰动对齐预编码空间调制方法

权利要求书

1.一种基于可重构智能表面RIS使能的上行随机扰动对齐预编码空间调制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)设系统中用户端配置有单根发射天线、基站端D具有N_r根接收天线、窃听端Eve配置有N_e根接收天线、可重构智能表面RIS具有N个反射阵元，N为2的非负整数幂，用户端通过控制器对RIS进行控制；

2)用户端向基站端D发送导频信息，得到用户端到RIS与RIS到基站的信道矩阵和且两个信道矩阵中的元素均服从瑞利衰落；窃听端Eve窃取导频信息后，得到用户端到窃听端的窃听信道矩阵和RIS到窃听端的反射信道矩阵分别为和其中表示复数域；

3)用户端对保密信息进行处理得到混合信号并发送，步骤如下：

(3.1)用户端将每个发送时隙的信息比特拆分为空间比特和基带比特两部分；

(3.2)随机选用相位扰动因子w：

其中，θ₁表示在(0,2π]区间内的随机数，j表示虚部；

(3.3)在基带比特中加入相位扰动因子w，即注入乘性随机扰动，得到附加有相位随机性的混合信号wx_k，其中x_k为映射的相移键控PSK的第k个保密信号；

(3.4)用户端通过发射天线向RIS发送混合信号wx_k；

4)设合法通信双方均已知理想衰落信道状态信息，用户端根据信道矩阵h和G计算基站端第i根接收天线所对应的级联信道幅度累加和Z_i：

其中，i＝1,2,...,N_r；l＝1,2,...,N表示RIS中第l个反射阵元，h_l表示用户端到RIS第l个反射阵元的信道矩阵h中的元素，g_il表示RIS第l个反射阵元到基站端第i根接收天线的信道矩阵G中的元素；

5)将计算得到的基站端每根接收天线所对应的级联信道幅度累加和按照从大到小的顺序排序，并根据排序结果对接收天线索引进行重新编码，得到索引编码；

6)构建按RIS反射阵元相位对齐策略：

(6.1)根据下式得到RIS第l个反射阵元引入的相移：

Φ_l＝-θ₁+∠h_l+∠g_il，

其中，∠h_l表示用户端到RIS第l个反射阵元的信道对应信道系数的相位参量，∠g_il表示RIS第l个反射阵元到基站端第i根接收天线的信道对应信道系数的相位参量；

(6.2)令RIS中相邻阵元之间的间距不小于信号波长的一半，根据下式得到RIS反射系数对角阵Θ_i：

其中，Φ_l∈(0,2π]为由RIS第l个反射阵元引入的相移，diag(g)表示以矢量g中的元素为对角元的对角阵；

7)构建按RIS反射子集相位对齐策略：

(7.1)将RIS的所有反射阵元平均分为L个子集，s＝1,2,...,L表示第s个子集，每个子集包含A＝N/L个阵元，L为2的非负整数次幂；

(7.2)根据下式计算RIS各子集中反射阵元使用的反射系数相位Fω^s：

其中，为RIS第s个子集到基站端第i根接收天线的信道中第t个阵元分量，为用户端到RIS第s个子集的信道中第t个阵元分量，t＝1,2,...,A；

(7.3)利用反射系数相位，按照下式得到RIS各子集反射系数向量和激活索引编码后基站端第i根接收天线的反射系数对角阵

其中，和分别表示RIS第s个子集的反射幅度和相位，(g)^T表示转置操作；

8)基站端和窃听端分别获取各自的接收信号：

基站端采用按RIS反射阵元相位对齐策略与按RIS反射子集相位对齐策略对混合信号进行接收，分别得到两种不同策略下对应的接收信号如下：

y_b1＝GΘ_ihwx_k+n_b，

其中，n_b表示基站端D处的复高斯噪声矢量；

窃听端分为以下两种情况获取接收信号：

第一种：窃听端与用户端有传输连接，而与RIS传输连接被阻断时，接收信号为y^ideal：

y^ideal＝cwx_k+n_o，

其中，n_o表示窃听端Eve处的复高斯噪声矢量；

第二种：窃听端与用户端、RIS均有传输连接时，窃听端采用按RIS反射阵元相位对齐策略与按RIS反射子集相位对齐策略对混合信号进行接收，分别得到两种不同策略下对应的接收信号如下：

y₁^worst＝(c+fΘ_ih)wx_k+n_o，

9)基站端和窃听端分别对各自得到的接收信号进行检测和解码：

基站端基于最大似然估计准则进行空间比特和基带比特的联合最优检测，完成保密信息解码，准确地获得保密信息；

窃听端在受乘性随机扰动干扰的情况下进行保密信息解码，不能准确地检测出空间比特和基带比特信息。