RIS辅助短包通信最大化安全吞吐量的方法

技术特征：
1.ris辅助短包通信最大化安全吞吐量的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤a，构建智能反射表面ris辅助窃听系统，利用一阶力矩和二阶力矩对信噪比进行伽马分布拟合；步骤b，计算安全吞吐量闭合表达式；步骤c，基于安全吞吐量闭合表达式，计算有利于实际部署的最优天线数量和ris反射元数量；步骤d，联合优化块长度和ris反射相移，利用随机连续凸逼近ssca实现安全吞吐量st最大化。2.根据权利要求1所述的ris辅助短包通信最大化安全吞吐量的方法，其特征在于，步骤a具体包括：a1，考虑直接信道和级联信道同时存在，利用均匀平面阵列(uniform planar array，upa)的信道结构，在角度域内表示所有用户的信道；a2，根据信噪比snr表达式求其一阶力矩和二阶力矩，然后进行伽马分布拟合，进一步得到snr的概率密度分布pdf和累计概率密度cdf的表达式如下，得到snr的概率密度分布pdf和累计概率密度cdf的表达式如下，其中snr为γ
k
,k∈{b,e}，b代表合法用户，e表示窃听用户，μ
k
,ν
k
表示伽马分布的拟合参数，p为发送功率，为用户k的高斯白噪声功率，x为变量参数，γ(
·
)为伽马函数，γ(,)为下不完全伽马函数；其中，步骤b具体包括：b1，根据短包通信的安全速率表达式变形，获得解码错误表达式，由于q函数存在很难获得st的闭合表达式，对解码错误表达式进行一个线性近似；b2，根据安全吞吐量定义式，带入snr的pdf和cdf进行计算，获得st的闭合表达式为：b2，根据安全吞吐量定义式，带入snr的pdf和cdf进行计算，获得st的闭合表达式为：其中，s为传输数据量，n
d
为传输块长度，γ(,)为上不完全伽马函数，ψ＝rν
b
/ρ
b
ν
e
/ρ
e
，q-1
(
·
)为高斯q函数的反函数，τ表示信息泄露概率，m和n均为累加次数，(
·
)！表示阶乘；其中，步骤c具体包括：c1，根据st的闭合表达式进行渐近分析，可知，随着n
d
增大，解码错误概率ε减小，在任意
给定传输码率时，st是块长的单调递增函数。这表明利用更大的块长度有益于提高st；c2，当天线数量很大时，无论ris是否存在，系统的st为随着天线数的增加，st逐渐增加，当天线数到达一定值时，st逐渐趋于稳定，st开始趋于平缓时对应的天线数量即为所求实际部署中的最优值，最优值的确定与信道特征相关；c3，如果随机调整ris相移，st仍然是有界的，随着ris反射元数量的增加，st逐渐增加，当反射元数量到达一定值时，st逐渐趋于稳定；其中，步骤d具体包括：d1，建立最大化st的优化问题，它受连续相移约束，可靠性约束和安全性约束；d2，根据c1结果，无论合法用户snr的分布如何，使用最大块长度都是最大化st的最优方法，因此块长度采用允许使用的最大块长度，优化问题转变为最小化解码错误概率；d3，分析解码错误概率与snr的关系，优化问题进一步转变为:其中，θ为ris相移，(
·
)
h
表示共轭转置，h
b
为合法用户直接信道，为合法用户直接信道，表示复数域的n
×
m阶矩阵，n为ris反射元数量，m为发送端天线数量，h表示发送端到ris信道，g代表ris到合法用户信道，e{
·
}为求期望，||
·
||2为矩阵模值的平方；d4，计算代理函数它是原优化问题凸近似，其中因此相移函数更新为：t表示迭代次数，re{
·
}为求实数部分；d5，定义辅助变量d
t
＝[d
t,1
,...,d
t,n
]
t
，它被递归地更新为：因此相移更新为：∠(
·
)为求角运算。

技术总结
本发明公开了一种智能反射表面(Reconfigurable Intelligent Surfaces，RIS)辅助短包通信最大化安全吞吐量(Secrecy Throughput，ST)的方法。该方法首次提出利用随机连续凸逼近(Stochastic Successive Convex Approximation，SSCA)来对ST进行优化，考虑RIS辅助系统中信道状态信息(Channel StateInformation，CSI)难以精确获得，采用了统计CSI。利用一阶力矩和二阶力矩对信噪比(Signal to Noise Ratio，SNR)进行伽马分布拟合，在此基础上确定了ST的闭合表达式。根据ST的闭合表达式，计算最优的天线数量和RIS反射元数量，联合优化传输块长度和RIS反射相移，实现ST的最大化。现ST的最大化。现ST的最大化。


技术研发人员：赵伟 张天天
受保护的技术使用者：华北电力大学（保定）
技术研发日：2022.08.09
技术公布日：2022/12/16