[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

说明书

本发明公开了一种基于RIS使能的上行随机扰动对齐预编码空间调制方法，主要解决现有技术传输安全性与可靠性无法兼顾的问题。方案包括：用户端在上行传输中，发送经过乘性随机扰动后的幅度相位调制信号；然后，根据多径反射信号同相叠加实现原理，面向接收天线索引编码，分别设计两种不同实现复杂度的RIS反射信号相位旋转策略以对齐扰动相位，使得用户端随机加扰对基站端指定天线接收信号无影响，但是在窃听端形成随符号速率更新的固有扰动；最后，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。本发明能有效保障上行预编码空间调制安全传输，并实现传输可靠性与硬件代价之间的可控调整。

技术领域

本发明属于通信技术领域，进一步涉及无线通信中的物理层信息安全技术，具体为一种基于可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface,RIS)使能的上行随机扰动对齐预编码空间调制方法，可用于提高可重构智能表面使能的上行预编码空间调制的传输安全性。

背景技术

可重构智能表面RIS由大量无源反射元件组成，受与其连接的控制器调节，其中每个反射单元可对入射电磁波产生独立的幅度和相位调节作用。可重构智能表面具有成本低、耗能小、反射波束可控管理等诸多技术优势，其合理布设可为未来复杂电磁环境中的可靠通信提供高效解决方案。

空间调制(Spatial Modulation,SM)技术利用被激活天线索引调制传输附加信息比特，可辅助多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)系统实现空间复用和空间分集增益获取方面的折中，同时可克服传统MIMO技术中存在的天线间同步、信道间干扰及多射频链路消耗等固有缺陷。预编码空间调制(Precoding aided SpatialModulation,PSM)是通过设计发射机预编码方案，使得发射信号能量汇聚到某根接收天线上完成天线激活，利用被激活接收天线索引编码传输附加信息。PSM辅助MIMO传输可有效提高单数据流传输效率，明显降低多天线接收机的检测复杂度。

可重构智能表面辅助的空间调制RIS-SM和预编码空间调制RIS-PSM通过设计RIS反射阵元的入射波形调整系数，可有效利用大规模反射阵元提供的多径增益，提高空间调制符号的传输可靠性、改善传输覆盖，避免收发端直达路径阻塞导致的传输中断。如2021年1月在IEEE Transactions On Wireless Communications上发表的文献《ReconfigurableIntelligent Surfaces With Reflection Pattern Modulation:Beamforming Designand Performance Analysis》中所述，现有研究通过控制RIS反射阵元开关状态，形成不同的反射图案，并利用激活图案的索引调制传输信息，可进一步提升RIS空间调制系统的数据速率。然而，选择一部分反射阵元处于关闭状态，使得RIS在辅助信息传输时，无法提供全部多径增益，造成接收信号能量损失，影响接收误码性能。此外，无线信道的开放性，使得保密信息遭受非授权用户恶意窃取的风险。RIS空间调制系统，实际执行单天线信号传输，保密信息失窃风险明显提高。在非授权用户接近发射端或者接收端时，保密信息失窃风险表现得更为显著。

发明内容

本发明目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于RIS使能的上行随机扰动对齐预编码空间调制方法，用于解决现有RIS空间调制技术在保障物理层信息安全上存在的缺陷，以及RIS无源反射实现复杂度较高等方面存在的技术约束；该方法采用可重构智能表面使能单天线用户上行预编码空间调制，可有效提高上行预编码空间调制的传输安全性，高效实现RIS空间调制安全传输。

实现本发明的基本思路是：基于多径反射信号同相叠加设计思想，单天线用户端在上行传输中，发送经过乘性随机扰动后的幅度相位调制信号，面向接收天线索引编码设计RIS相位旋转反射系数，以对齐扰动相位，使得用户端随机加扰在基站处做到抵消、在窃听端形成按符号速率更新的固有扰动，从而完成空间调制基带比特与空域比特的保密传输。

为了实现上述目的，本发明的技术方案包括如下：