申请/专利权人：昆明学院;云南民族大学

申请日：2024-04-16

公开（公告）日：2024-06-28

公开（公告）号：CN118054977B

主分类号：H04L9/40

分类号：H04L9/40;H04W12/03;H04W12/122;H04W24/02;H04B17/382;H04B7/155

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.28#授权;2024.06.04#实质审查的生效;2024.05.17#公开

摘要：本发明公开一种基于hybrid模式的联合隐蔽和安全通信系统及方法，属于无线及移动通信、保密通信技术领域。所述系统包括一个发送端，一个智能反射面，一个安全通信合法用户接收端、一个隐蔽通信合法用户接收端、一个窃听者和一个监听者。根据隐蔽信号和安全信号是否在相同频带上同时传输数据，将系统划分为underlay和overlay模式。在考虑隐蔽要求、安全传输中断概率、智能反射面反射元素的幅度和相位变化，以及安全和隐蔽通信的发射功率限制等约束条件，分别提出了优化问题P1和P2，旨在最大化隐蔽通信速率。本发明根据发送端信道状态在两种模式下灵活切换，以实现最佳的隐蔽通信系统性能，为通信系统的安全性、隐蔽性和性能优化提供了创新性的解决方案。

主权项：1.一种基于hybrid模式的联合隐蔽和安全通信的方法，其特征在于，包括如下步骤：1在underlay和overlay两种模式下，建立基于hybrid模式的联合隐蔽和安全通信系统模型；所述基于hybrid模式的联合隐蔽和安全通信系统包括：一个发送端，一个智能反射面，一个安全通信合法用户接收端、一个隐蔽通信合法用户接收端、一个窃听者和一个监听者；发送端同时传输安全信号和隐蔽信号，根据这两类信号是否在相同频谱上传输，所述系统分别在underlay、overlay模式下工作；安全通信合法用户接收端、隐蔽通信合法用户接收端、窃听者和监听者各配备一根天线，仅具有接收信号的功能；智能反射面具备N×N维对角反射矩阵单元元素，具有接收信号并智能调整反射信号的相位和幅度的功能；当系统在underlay模式工作时，由于安全信号和隐蔽信号在相同的频谱上传输，传输安全信号和传输隐蔽信号的信道之间存在相互间的干扰的干扰链路，因此系统包括10条信道链路：从发送端到智能反射面的安全通信链路和隐蔽通信链路；从智能反射面到安全通信合法用户接收端的安全通信链路和干扰链路；从智能反射面到隐蔽通信合法用户接收端的隐蔽通信链路和干扰链路；从智能反射面到窃听者的窃听链路和干扰链路；以及从智能反射面到监听者的监听链路和干扰链路；当系统在overlay模式工作时，由于安全信号和隐蔽信号在不同的频谱上传输，传输安全信号和传输隐蔽信号的信道之间不存在相互间的干扰，即不存在干扰链路；因此，所述系统包括6条信道链路：从发送端到智能反射面的安全通信链路和隐蔽通信链路；从智能反射面到安全通信合法用户接收端的安全通信链路；从智能反射面到隐蔽通信合法用户接收端的隐蔽通信链路；从智能反射面到窃听者的窃听链路以及从智能反射面到监听者的监听链路；2在underlay和overlay两种模式下，基于安全通信合法用户接收端接收到的安全信号的信干噪比和窃听者接收到的隐蔽信号的信干噪比，得到安全通信合法用户接收端的安全速率；3在underlay和overlay两种模式下，基于监听者的二元假设检验分析，分别推导两种模式下监听者的虚警概率和漏检概率，进而分别得到两种模式下监听者的总检测错误率，然后分别得到两种模式下监听者最优的判决门限以及最优总错误概率；4在underlay和overlay两种模式下，当发送端同时发送安全信号和隐蔽信号时，分别计算两种模式下隐蔽通信合法用户接收端的隐蔽通信传输中断概率；然后在两种模式下分别推导出发送端到隐蔽通信合法用户接收端的隐蔽传输速率；5在underlay模式下，基于隐蔽要求、安全速率、智能反射面反射元素的幅度和相位变化以及安全和隐蔽通信的发射功率的约束限制提出优化问题P1，并将优化问题P1转化为优化问题P1.1，然后采用连续凸逼近，通过迭代及逼近的方法求解优化问题P1.1；其中，P1:P1.1:其中，是目标函数；为underlay模式下，发送端到隐蔽通信合法用户接收端的隐蔽传输速率；R为预设的期望的传输速率；为underlay模式下，发送端到隐蔽通信合法用户接收端的隐蔽通信传输中断概率；为underlay模式下，监听者的最小化的总的检测错误概率；是隐蔽约束项，ε代表隐蔽性要求；是安全速率约束项，表示发送端到安全通信合法用户接收端的安全速率必须大于或等于预设的一个最小值0≤qn≤1和0≤θn＜2π,分别是反射元素的振幅qn和相位偏移θn约束项；而0≤Pc≤Pcmax和0≤Ps+Pc≤Pmax分别是隐蔽信号的平均传输功率Pc和总信号的平均传输功率Ps+Pc的约束项，其中，Pcmax是预设的允许发送端的最大隐蔽信号平均传输功率，而Pmax是预设的允许发送端的总的最大总信号传输平均功率；Ps是安全信号的平均传输功率；6在overlay模式下，基于隐蔽要求、安全速率、智能反射面反射元素的幅度和相位变化以及安全和隐蔽通信的发射功率的约束限制提出优化问题P2，并将优化问题P2转化为优化问题P2.2，然后直接使用Matlab中的CVX工具箱进行仿真求解；其中，P2:P2.2：其中，是目标函数；为overlay模式下，发送端到隐蔽通信合法用户接收端的隐蔽传输速率；为overlay模式下，发送端到隐蔽通信合法用户接收端的隐蔽通信传输中断概率；ξO为overlay模式下，监听者的总检测错误率；是隐蔽约束项；是安全速率约束项，表示发送端到安全通信合法用户接收端的安全速率必须大于或等于预设的一个最小值R为预设的期望的传输速率；为隐蔽通信合法用户接收端受到的加性高斯白噪声干扰信号的噪声功率方差；为监听者受到的加性高斯白噪声干扰信号的噪声功率方差；λB为变量|hIJΘhLI|2所服从的指数分布的参数，其中表示智能反射面上的N×N维对角反射矩阵单元元素；θn∈[0,2π，qn∈[0,1]，分别表示经由智能反射面传输的入射信号的相移和反射振幅，j为虚数单位，j2＝-1；n＝1,2,···,N，n为反射矩阵上的反射单元元素，N为反射矩阵上反射单元元素的总个数，发送端与智能反射面、智能反射面与窃听者、智能反射面与监听者、智能反射面与安全通信合法用户接收端、智能反射面与隐蔽通信合法用户接收端之间的信道衰落向量系数分别为hLI、hIE、hIW、hIT、和hIJ；向量q＝[q1,q2,...,qN]T，qn是向量q的第n个反射元素，n＝1,2,3,...,N；Vτ代表使隐蔽约束项成立的的值；是信道衰落向量系数hLI的第n个子信道的衰落向量系数，第n个反射单元元素反射出n个子信道；为信道衰落向量系数hIW上的噪声功率的方差；▽表示梯度运算符，μ是迭代次数；P＝Ps+Pc；为安全通信合法用户接收端受到的加性高斯白噪声干扰信号的噪声功率方差；为窃听者受到的加性高斯白噪声干扰信号的噪声功率方差；7当信道状态的信噪比高于阈值30dB时，基于hybrid模式的联合隐蔽和安全通信系统切换至underlay模式；当信道状态的信噪比小于阈值30dB时，系统切换至overlay模式，以获得最佳的隐蔽通信速率 为underlay模式下最优化的隐蔽速率；为overlay模式下最优化的隐蔽速率。

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