CN116131895A - 基于ris的信号增强与加密的方法、装置和系统 - Google Patents

基于ris的信号增强与加密的方法、装置和系统 Download PDF

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CN116131895A CN202310119427.2A CN202310119427A CN116131895A CN 116131895 A CN116131895 A CN 116131895A CN 202310119427 A CN202310119427 A CN 202310119427A CN 116131895 A CN116131895 A CN 116131895A
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崔宇琦
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Abstract

本公开涉及一种基于RIS的信号增强与加密的方法、装置和系统，该方法包括：接收信号发送设备发送的目标信号，并从所述多个RIS转发单元确定所述目标信号对应的目标RIS转发单元；获取所述目标信号对应的目标传输信道的信道参数；根据所述信道参数，调整所述目标RIS转发单元对应的幅值和相位；通过调整后的所述目标RIS转发单元，对所述目标信号进行加密，并将加密后的所述目标信号发送至信号接收设备。这样，在基站和覆盖盲区中间部署RIS面板，通过对RIS每个转发单元进行相位和幅度控制，增强了光伏电站机房的信号传输强度，消除覆盖盲区，且控制方法简单，复杂程度低，成本和功耗都较小，有利于推广应用。

Description

基于RIS的信号增强与加密的方法、装置和系统
技术领域
本公开涉及无线通信技术领域，具体地，涉及一种基于RIS的信号增强与加密的方法、装置和系统。
背景技术
随着新能源的发展，新能源光伏电站也随之普及，但是受场地电磁环境复杂和运营商基站建设情况制约，以及5G信号高频波段透射能力弱、易受遮挡的特性，新能源光伏电站无线设备机房的室内无线信号普遍存在盲区和弱区，导致5G信号接收强度低，影响新能源电站侧数据采集、信息传输和接入。
发明内容
为了解决上述问题，本公开提供一种基于RIS的信号增强与加密的方法、装置和系统。
第一方面，本公开提供了一种基于RIS的信号增强与加密的方法，应用于可重构智能表面RIS(Reconfigurable Intelligent Surface，可重构智能表面)转发设备，所述RIS转发设备包括多个RIS转发单元，每个RIS转发单元对应有反射幅值和相位，所述方法包括：
接收信号发送设备发送的目标信号，并从所述多个RIS转发单元确定所述目标信号对应的目标RIS转发单元；
获取所述目标信号对应的目标传输信道的信道参数；
根据所述信道参数，调整所述目标RIS转发单元对应的幅值和相位；
通过调整后的所述目标RIS转发单元，对所述目标信号进行加密，并将加密后的所述目标信号发送至信号接收设备。
可选地，所述目标信号对应的目标传输信道的信道参数包括信号发送设备到RIS的第一信道的信道参数和RIS到信号接收设备的第二信道的信道参数，所述获取所述目标信号对应的目标传输信道的信道参数包括：
获取所述目标信号在第二信道的等效信号；
根据所述等效信号，确定所述第一信道的信道参数和所述第二信道的信道参数。
可选地，所述信道参数包括信道响应，所述根据所述等效信号，确定所述第一信道的信道参数和所述第二信道的信道参数包括：
根据所述等效信号和预设等效信号公式，确定无线信道矢量；所述预设等效信号公式为：
Figure BDA0004079521040000021
其中，r表征等效信号，hT表征第一信道的无线信道矢量，gT表征第二信道的无线信道矢量，Ψ表征RIS面板引入的可控反射系数矩阵，s表征目标信号，P表征发射功率，z表征引入的噪音；
通过预设信道估算法，根据所述无线信道矢量，确定所述第一信道的信道响应估计值和所述第二信道的信道响应估计值。
可选地，所述根据所述信道参数，调整所述目标RIS转发单元对应的幅值和相位包括：
根据所述信道参数，分别确定第一信道对应的幅值和相位以及第二信道对应的幅值和相位；
根据所述第一信道对应的幅值和相位以及所述第二信道对应的幅值和相位，调整所述目标RIS转发单元对应的幅值和相位。
可选地，所述根据所述信道参数，分别确定第一信道对应的幅值和相位以及第二信道对应的幅值和相位包括：
根据第一预设估算公式，通过第一信道的信道响应估计值，确定第一信道对应的幅值估计值和相位估计值；所述第一预设估算公式为：
Figure BDA0004079521040000031
其中，
Figure BDA0004079521040000032
表征第一信道的信道响应估计值，
Figure BDA0004079521040000033
表征第一信道的信道响应的幅值估计值，
Figure BDA0004079521040000034
表征第一信道的信道响应的相位估计值；
根据第二预设估算公式，通过第二信道的信道响应估计值，确定第二信道对应的幅值估计值和相位估计值；所述第二预设估算公式为：
Figure BDA0004079521040000035
其中，
Figure BDA0004079521040000036
表征第二信道的信道响应估计值，
Figure BDA0004079521040000037
表征第二信道的信道响应的幅值估计值，
Figure BDA0004079521040000038
表征第二信道的信道响应的相位估计值。
可选地，所述根据所述第一信道对应的幅值和相位以及所述第二信道对应的幅值和相位，调整所述目标RIS转发单元对应的幅值和相位包括：
根据所述第一信道对应的相位和所述第二信道对应的相位，通过预设相位公式，计算所述目标RIS转发单元对应的相位；所述预设相位公式为：
Figure BDA0004079521040000039
其中，ψn表征所述目标RIS转发单元对应的相位；
调整所述目标RIS转发单元对应的相位，以使所述第二信道对应的相位和所述第一信道对应的相位保持一致；根据所述第一信道对应的幅值和所述第二信道对应的幅值，通过预设幅值公式，确定所述目标RIS转发单元对应的幅值；所述预设幅值公式为：
Figure BDA00040795210400000310
其中，An表征所述目标RIS转发单元对应的幅值，N表征RIS转发单元的数量。
可选地，所述通过调整后的所述目标RIS转发单元，对所述目标信号进行加密包括：
通过预设加密公式和预设相位公式，根据混沌序列生成的伪随机相位扰动，对所述目标RIS转发单元的相位进行加密。
可选地，所述预设加密公式为δ(iTs)＝2πXi，其中，i表征符号周期，Xi表征混沌序列，Xi+1＝μXi(1-Xi)，μ∈(0,4],Xi∈(0,1),i＝0,1,2...，所述通过预设加密公式和预设相位公式，根据混沌序列生成的伪随机相位扰动，对所述目标RIS转发单元的相位进行加密包括：
根据所述预设加密公式和预设相位公式，确定预设加密相位公式；所述预设加密相位公式为：
Figure BDA0004079521040000041
通过所述预设加密相位公式，对所述目标RIS转发单元的相位进行加密。
第二方面，本公开还提供了一种基于RIS的信号增强与加密的装置，应用于可重构智能表面RIS转发设备，所述RIS转发设备包括多个RIS转发单元，每个RIS转发单元对应有反射幅值和相位，所述装置包括：
接收模块，用于接收信号发送设备发送的目标信号，并从所述多个RIS转发单元确定所述目标信号对应的目标RIS转发单元；
获取模块，用于获取所述目标信号对应的目标传输信道的信道参数；
调整模块，用于根据所述信道参数，调整所述目标RIS转发单元对应的幅值和相位；
发送模块，用于通过调整后的所述目标RIS转发单元，对所述目标信号进行加密，并将加密后的所述目标信号发送至信号接收设备。
可选地，所述目标信号对应的目标传输信道的信道参数包括信号发送设备到RIS的第一信道的信道参数和RIS到信号接收设备的第二信道的信道参数，
所述获取模块，用于获取所述第一信道的信道参数；根据所述第一信道的信道参数，确定所述目标信号在第二信道的等效信号；根据所述等效信号确定所述第二信道的信道参数。
可选地，所述信道参数包括信道响应，所述获取模块，用于根据所述等效信号和预设等效信号公式，确定无线信道矢量；所述预设等效信号公式为：
Figure BDA0004079521040000051
其中，r表征等效信号，hT表征第一信道的无线信道矢量，gT表征第二信道的无线信道矢量，Ψ表征RIS面板引入的可控反射系数矩阵，s表征目标信号，P表征发射功率，z表征引入的噪音；
通过预设信道估算法，根据所述无线信道矢量，确定所述第一信道的信道响应估计值和所述第二信道的信道响应估计值。
可选地，所述调整模块，用于根据所述信道参数，分别确定第一信道对应的幅值和相位以及第二信道对应的幅值和相位；根据所述第一信道对应的幅值和相位以及所述第二信道对应的幅值和相位，调整所述目标RIS转发单元对应的幅值和相位。
可选地，所述调整模块，用于根据第一预设估算公式，通过第一信道的信道响应估计值，确定第一信道对应的幅值估计值和相位估计值；所述第一预设估算公式为：
Figure BDA0004079521040000052
其中，
Figure BDA0004079521040000053
表征第一信道的信道响应估计值，
Figure BDA0004079521040000054
表征第一信道的信道响应的幅值估计值，
Figure BDA0004079521040000055
表征第一信道的信道响应的相位估计值；
根据第二预设估算公式，通过第二信道的信道响应估计值，确定第二信道对应的幅值估计值和相位估计值；所述第二预设估算公式为：
Figure BDA0004079521040000056
其中，
Figure BDA0004079521040000057
表征第二信道的信道响应估计值，
Figure BDA0004079521040000058
表征第二信道的信道响应的幅值估计值，
Figure BDA0004079521040000059
表征第二信道的信道响应的相位估计值。
可选地，所述调整模块，用于根据所述第一信道对应的相位和所述第二信道对应的相位，通过预设相位公式，计算所述目标RIS转发单元对应的相位；所述预设相位公式为：
Figure BDA0004079521040000061
其中，ψn表征所述目标RIS转发单元对应的相位；调整所述目标RIS转发单元对应的相位，以使所述第二信道对应的相位和所述第一信道对应的相位保持一致；根据所述第一信道对应的幅值和所述第二信道对应的幅值，通过预设幅值公式，确定所述目标RIS转发单元对应的幅值；所述预设幅值公式为：
Figure BDA0004079521040000062
其中，An表征所述目标RIS转发单元对应的幅值，N表征RIS转发单元的数量。
可选地，所述发送模块，用于通过预设加密公式和预设相位公式，根据混沌序列生成的伪随机相位扰动，对所述目标RIS转发单元的相位进行加密。
可选地，所述预设加密公式为δ(iTs)＝2πXi，其中，i表征符号周期，Xi表征混沌序列，Xi+1＝μXi(1-Xi)，μ∈(0,4],Xi∈(0,1),i＝0,1,2...，所述发送模块，用于根据所述预设加密公式和预设相位公式，确定预设加密相位公式；所述预设加密相位公式为：
Figure BDA0004079521040000063
通过所述预设加密相位公式，对所述目标RIS转发单元的相位进行加密。
第三方面，本公开提供了一种基于RIS的信号增强与加密的系统，包括：可重构智能表面RIS转发设备、信号发送设备和信号接收设备；
所述信号发送设备，用于发送目标信号；
所述信号接收设备，用于接收所述目标信号；
所述可重构智能表面RIS转发设备，用于实现上述基于RIS的信号增强与加密的方法。
通过上述技术方案，通过接收信号发送设备发送的目标信号，并从所述多个RIS转发单元确定所述目标信号对应的目标RIS转发单元；获取所述目标信号对应的目标传输信道的信道参数；根据所述信道参数，调整所述目标RIS转发单元对应的幅值和相位；通过调整后的所述目标RIS转发单元，对所述目标信号进行加密，并将加密后的所述目标信号发送至信号接收设备。这样，在基站和覆盖盲区中间部署RIS面板，通过对RIS每个转发单元进行相位和幅度控制，增强了光伏电站机房的信号传输强度，消除覆盖盲区，并通过RIS转发单元对目标信号进行加密，提高了目标信号的安全性，且控制方法简单，复杂程度低，成本和功耗都较小，有利于推广应用。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是本申请根据一示例性实施例示出的光伏电站的站内信号传输的场景；
图2是本申请根据一示例性实施例示出的一种基于RIS的信号增强与加密的方法流程图；
图3是本申请根据一示例性实施例示出的另一种基于RIS的信号增强与加密的方法流程图；
图4是本申请根据一示例性实施例示出的一种基于RIS的信号增强与加密的装置框图；
图5是本申请根据一示例性实施例示出的一种基于RIS的信号增强与加密的系统框图。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
需要说明的是，本公开中所有获取信号、信息或数据的动作都是在遵照所在地国家相应的数据保护法规政策的前提下，并获得由相应装置所有者给予授权的情况下进行的。
首先对本申请的应用场景进行说明，本申请应用于光伏电站的站内信号传输的场景，如图1所示，信号发送设备可以是基站，信号接收设备可以是机房设备，光伏电站内基站与机房设备间存在遮挡，在使用5G信号的情况下，由于5G信号高频波段透射能力弱、易受遮挡的特性，使得机房设备处于盲区。图1所示实施例中RIS挂载于在建筑物外墙，实际实施部署中RIS可挂载于在建筑物外墙、天花板、窗户、路灯上等。RIS挂载的位置选取的原则为尽量保证基站和RIS之间、RIS和目标覆盖区域之间尽量没有遮挡，从而获得基站和RIS之间、RIS和目标覆盖区域之间的视距通信，为原本的覆盖盲区创造一条无遮挡的传播路径，显著提高盲区所接收到的5G信号强度的效果。RIS可以通过改变可调谐元件的电参数，从而改变转发单元的电磁响应，包括其相位和振幅。
由于光伏电站的信号接收机房普遍存在信号接收的盲区和弱区，因此对于新能源电站侧数据采集、信息传输和接入都有较大影响。
目前对于上述技术问题，解决的方案包括：宏蜂窝耦合接入方式、微蜂窝有线接入方式和RRU(Remote Radio Unit，射频拉远单元)接入方式。
其中，宏蜂窝耦合接入方式是通过加大室外基站的输出功率从而避免信号接收的盲区和弱区，但这仅仅通过增大下行通信信号强度的方法让进入室内的通信信号也随之变强，并未从原理上解决通信信号穿越障碍物的衰减问题，同时这种方法也伴随着耗能大、辐射高等缺陷；
微蜂窝有线接入方式是以微蜂窝基站作为信号分布系统的信号源，由于微蜂窝本身功率较小，适用于室内覆盖。与宏蜂窝方式相比，微蜂窝方式是更好的室内系统解决方案。微蜂窝方式的通话质量比宏蜂窝方式要高出许多，对宏蜂窝无线指标的影响甚小，并且具有增加网络容量的效果。但是微蜂窝方式的弱点在于成本较为昂贵，需要进行频率规划，需要增建传输系统，网络优化工作量大。
以BBU(Building Base band Unit，室内基带处理单元)+RRU的方式进行射频拉远，为室内分布系统提供信源，BBU与RRU之间通过光纤连接。此方式覆盖效果好，然而投入成本大。
因此，为了解决上述新能源分布式光伏电站室内信号问题，基于功耗、辐射、信号质量、以及成本投入和设备复杂度等综合因素的考虑，本申请提供了一种基于RIS的信号增强与加密的方法、装置、存储设备和系统，通过接收信号发送设备发送的目标信号，并从该多个RIS转发单元确定该目标信号对应的目标RIS转发单元；获取该目标信号对应的目标传输信道的信道参数；根据该信道参数，调整该目标RIS转发单元对应的幅值和相位；通过调整后的该目标RIS转发单元，将该目标信号发送至信号接收设备。这样，在基站和覆盖盲区中间部署RIS面板，通过对RIS每个转发单元进行相位和幅度控制，增强了光伏电站机房的信号传输强度，消除覆盖盲区，且控制方法简单，复杂程度低，成本和功耗都较小，有利于推广应用。
下面结合具体地实施例对本公开进行说明。
图2是本申请根据一示例性实施例示出的一种基于RIS的信号增强与加密的方法，应用于可重构智能表面RIS转发设备，该RIS转发设备包括多个RIS转发单元，每个RIS转发单元对应有反射幅值和相位，如图2所示，该方法包括：
S201、接收信号发送设备发送的目标信号，并从该多个RIS转发单元确定该目标信号对应的目标RIS转发单元。
其中，首先根据预先确定的信号发送设备以及信号接收设备的位置进行调整RIS的位置，以使调整后的RIS可以将接收到的目标信号反射至信号接收设备。该RIS包括N个转发单元，N为正整数。RIS的第n个转发单元(n＝1,…,N)具有可调的反射幅度An和相移ψn，所有转发单元的反射幅度An和相移ψn参数(n＝1,…,N)的大小均由RIS外部控制模板控制，在RIS接收到目标信号的情况下，确定接收到目标信号的RIS转发单元为目标RIS转发单元。
S202、获取该目标信号对应的目标传输信道的信道参数。
其中，该目标信号对应的目标传输信道的信道参数包括信号发送设备到RIS的第一信道的信道参数和RIS到信号接收设备的第二信道的信道参数。
在一些实施例中，可以获取该目标信号在第二信道的等效信号；根据该等效信号，确定该第一信道的信道参数和该第二信道的信道参数。其中，该信道参数包括信道响应
在一种可能的实现方式中，根据该等效信号和预设等效信号公式，确定无线信道矢量，通过预设信道估算法，根据该无线信道矢量，确定该第一信道的信道响应估计值和该第二信道的信道响应估计值。
例如，该预设等效信号公式如下：
Figure BDA0004079521040000101
其中，r表征等效信号，h＝[h1,h2,…,hN]T表征信号发送设备到RIS的第一信道的无线信道矢量，g＝[g1,g2,…,gN]T为RIS到信号接收设备的第二信道的无线信道矢量，上标T代表矩阵共轭。s为目标信号，P为发射功率，z为传输链路和信号接收设备引入的噪声。
Figure BDA0004079521040000102
为RIS面板引入的可控反射系数矩阵，diag代表对角矩阵。hn为从信号发送设备到第n个转发单元(n＝1,…,N)的信道响应，hn的幅值为|hn|，相位为θn，即
Figure BDA0004079521040000111
gn为第n个转发单元(n＝1，…，N)到信号接收设备的第二信道的信道响应，gn的幅值为|gn|，相位为φn，即
Figure BDA0004079521040000112
又例如，该预设信道估算法可以是最小二乘法，或者最小均方误差等估算方法，此处不做限制，可以根据最小二乘法进行交替计算，通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配结果，确定该第一信道的信道参数的估计值和第二信道的信道参数的估计值；或者，通过最小均方误差的方法，对第一信道的信道参数和第二信道的信道参数进行估算，得到对应的估计值。
这样，根据等效信号，通过预设信道估算法，可以更加准确地估算出第一信道和第二信道的信道参数，有利于目标信号的传输。
S203、根据该信道参数，调整该目标RIS转发单元对应的幅值和相位。
在一些实施例中，可以根据该信道参数，分别确定第一信道对应的幅值和相位以及第二信道对应的幅值和相位；根据该第一信道对应的幅值和相位以及该第二信道对应的幅值和相位，调整该目标RIS转发单元对应的幅值和相位。
示例地，根据第一预设估算公式，通过第一信道的信道响应估计值，确定第一信道对应的幅值估计值和相位估计值；根据第二预设估算公式，通过第二信道的信道响应估计值，确定第二信道对应的幅值估计值和相位估计值。
其中，第一预设估算公式为：
Figure BDA0004079521040000113
Figure BDA0004079521040000114
表征第一信道的信道响应估计值，根据该第一预设估算公式，确定第一信道对应的相位估计值
Figure BDA0004079521040000115
和幅值估计值
Figure BDA0004079521040000116
，其中，
Figure BDA0004079521040000117
为
Figure BDA0004079521040000118
的估计值，表征第一信道的信道响应的幅值估计值，，
Figure BDA0004079521040000119
为θn的估计值，表征第一信道的信道响应的相位估计值；第二预设估算公式为：
Figure BDA00040795210400001110
Figure BDA00040795210400001111
表征第二信道的信道响应估计值，根据该第二预设估算公式，确定第二信道对应的相位
Figure BDA00040795210400001112
和幅值
Figure BDA00040795210400001113
其中，
Figure BDA0004079521040000121
为|gn|的估计值，表征第二信道的信道响应的幅值估计值，
Figure BDA0004079521040000122
为φn的估计值，表征第二信道的信道响应的相位估计值。
在另一些实施例中，可以根据该第一信道对应的相位和该第二信道对应的相位调整该目标RIS转发单元对应的相位和幅值，并通过混沌序列生成的伪随机相位扰动，对该目标RIS转发单元的相位进行加密。
示例地，根据该第一信道对应的相位和该第二信道对应的相位，通过预设相位公式，计算该目标RIS转发单元对应的相位；该预设相位公式为：
Figure BDA0004079521040000123
其中，ψn表征该目标RIS转发单元对应的相位；调整该目标RIS转发单元对应的相位，以使该第二信道对应的相位和该第一信道对应的相位保持一致；根据该第一信道对应的幅值和该第二信道对应的幅值，通过预设幅值公式，确定该目标RIS转发单元对应的幅值；该预设幅值公式为：
Figure BDA0004079521040000124
其中，An表征该目标RIS转发单元对应的幅值，N表征RIS转发单元的数量。
这样，根据第一信道的信道参数和第二信道的信道参数调整RIS转发单元，以使RIS接收到的目标信号的相位和RIS转发的信号的相位保持一致，减少了信号的相位抵消，有利于目标信号的传输，并根据目标信号的幅值对RIS转发单元的幅值进行分配，保障了目标信号可以根据信号强度进行等效传输。
S204、通过调整后的该目标RIS转发单元，对该目标信号进行加密，并将加密后的该目标信号发送至信号接收设备。
其中，出于安全性的考虑，RIS转发单元可以根据调整后的幅值和相位，对该目标信号进行加密，并将加密后的该目标信号转发至信号接收设备。
示例地，可以通过预设加密公式和预设相位公式，根据混沌序列生成的伪随机相位扰动，对该目标RIS转发单元的相位进行加密。
例如，该预设加密公式可以是δ(iTs)＝2πXi，其中，i表征符号周期，Xi表征混沌序列，Xi+1＝μXi(1-Xi)，μ∈(0,4],Xi∈(0,1),i＝0,1,2...，根据该预设加密公式和预设相位公式，确定预设加密相位公式；该预设加密相位公式为：
Figure BDA0004079521040000131
通过该预设加密相位公式，对该目标RIS转发单元的相位进行加密。
其中，Xi表征混沌序列，可采用一维Logistic混沌序列(或者其它混沌序列，例如二维Henon混沌序列、三维Lorenz混沌序列均可，这里以一维Logistic混沌序列为例)，其随第i个符号周期时间生成的数学形式为：
Xi+1＝μXi(1-Xi)μ∈(0,4],Xi∈(0,1),i＝0,1,2...
其中，μ是Logistic参数，取值范围为3.5699456<μ≤4时，Logistic映射进入混沌状态，所生成的混沌序列{Xi|i＝0,1,2...}呈一种伪随机的分布状态，该序列是非周期、不收敛的且对初值X0极其敏感，是很理想的伪随机序列，适用于加密相位。初始值X0的取值范围为(0，1)，为RIS与信号接收设备共同持有的一致的加密密钥。这样，通过对RIS反射信号的相位进行混沌加密，可以有效保证目标信号的安全性。
采用上述方法，通过接收信号发送设备发送的目标信号，并从该多个RIS转发单元确定该目标信号对应的目标RIS转发单元；获取该目标信号对应的目标传输信道的信道参数；根据该信道参数，调整该目标RIS转发单元对应的幅值和相位；通过调整后的该目标RIS转发单元，对该目标信号进行加密，并将加密后的该目标信号发送至信号接收设备。这样，在基站和覆盖盲区中间部署RIS面板，通过对RIS每个转发单元进行相位和幅度控制，增强了光伏电站机房的信号传输强度，消除覆盖盲区，并通过RIS转发单元对目标信号进行加密，提高了目标信号的安全性，且控制方法简单，复杂程度低，成本和功耗都较小，有利于推广应用。
关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
图3是本申请根据一示例性实施例示出的另一种基于RIS的信号增强与加密的方法，应用于基于RIS的信号增强与加密的系统，如图3所示，该方法包括：
S301、通过预设信道估算法对无线信道矢量h和g进行估计，分别得到第一信道对应的幅值和相位的估计值，以及第二信道对应的幅值和相位的估计值。
其中，h为第一信道的无线信道矢量，g为第二信道的无线信道矢量，该无线信道矢量可以通过预设等效信号公式确定，该预设等效信号公式如下所示：
Figure BDA0004079521040000141
，其中，r表征等效信号，hT表征第一信道的无线信道矢量，gT表征第二信道的无线信道矢量，Ψ表征RIS面板引入的可控反射系数矩阵，s表征目标信号，P表征发射功率，z表征引入的噪音。
通过预设信道估算法，根据该无线信道矢量，确定该第一信道的信道响应估计值和该第二信道的信道响应估计值，再根据第一预设估算公式
Figure BDA0004079521040000142
确定第一信道对应的幅值和相位的估计值，根据第二预设估算公式
Figure BDA0004079521040000143
确定第二信道对应的幅值和相位的估计值。
S302、根据第一信道对应的幅值和相位的估计值
Figure BDA0004079521040000144
以及第二信道对应的幅值和相位的估计值
Figure BDA0004079521040000145
通过预设相位加密公式
Figure BDA0004079521040000146
和预设幅值公式
Figure BDA0004079521040000147
确定目标RIS转发单元对应的幅值和相位。
分别通过预设相位公式
Figure BDA0004079521040000151
和预设幅值公式
Figure BDA0004079521040000152
确定目标RIS转发单元对应的幅值和相位，进一步的，出于信号安全考虑，还可以通过预设加密相位公式
Figure BDA0004079521040000153
确定目标RIS转发单元对应的相位。
S303、根据RIS的预设加密相位公式，信号接收设备通过解调公式
Figure BDA0004079521040000154
对接收到的目标信号进行解密。
其中，该信号接收设备为了达到解密的目的，需要对接收到的目标信号进行解调，该解调公式可以如下所示：
Figure BDA0004079521040000155
其中，r表征接收到的加密信号，r‵表征解调后的信号。
图4是本申请根据一示例性实施例示出的一种基于RIS的信号增强与加密的装置，应用于可重构智能表面RIS转发设备，该RIS转发设备包括多个RIS转发单元，每个RIS转发单元对应有反射幅值和相位，该装置包括：
接收模块401，用于接收信号发送设备发送的目标信号，并从该多个RIS转发单元确定该目标信号对应的目标RIS转发单元；
获取模块402，用于获取该目标信号对应的目标传输信道的信道参数；
调整模块403，用于根据该信道参数，调整该目标RIS转发单元对应的幅值和相位；
发送模块404，用于通过调整后的该目标RIS转发单元，对该目标信号进行加密，并将加密后的该目标信号发送至信号接收设备。
可选地，该目标信号对应的目标传输信道的信道参数包括信号发送设备到RIS的第一信道的信道参数和RIS到信号接收设备的第二信道的信道参数，
该获取模块402，用于获取该第一信道的信道参数；根据该第一信道的信道参数，确定该目标信号在第二信道的等效信号；根据该等效信号确定该第二信道的信道参数。
可选地，该信道参数包括信道响应，该获取模块402，用于根据该等效信号和预设等效信号公式，确定无线信道矢量；该预设等效信号公式为：
Figure BDA0004079521040000161
其中，r表征等效信号，hT表征第一信道的无线信道矢量，gT表征第二信道的无线信道矢量，Ψ表征RIS面板引入的可控反射系数矩阵，s表征目标信号，P表征发射功率，z表征引入的噪音；
通过预设信道估算法，根据该无线信道矢量，确定该第一信道的信道响应估计值和该第二信道的信道响应估计值。
可选地，该调整模块403，用于根据该信道参数，分别确定第一信道对应的幅值和相位以及第二信道对应的幅值和相位；根据该第一信道对应的幅值和相位以及该第二信道对应的幅值和相位，调整该目标RIS转发单元对应的幅值和相位。
可选地，该调整模块403，用于根据第一预设估算公式，通过第一信道的信道响应估计值，确定第一信道对应的幅值估计值和相位估计值；该第一预设估算公式为：
Figure BDA0004079521040000162
其中，
Figure BDA0004079521040000163
表征第一信道的信道响应估计值，
Figure BDA0004079521040000164
表征第一信道的信道响应的幅值估计值，
Figure BDA0004079521040000165
表征第一信道的信道响应的相位估计值；
根据第二预设估算公式，通过第二信道的信道响应估计值，确定第二信道对应的幅值估计值和相位估计值；该第二预设估算公式为：
Figure BDA0004079521040000166
其中，
Figure BDA0004079521040000167
表征第二信道的信道响应估计值，
Figure BDA0004079521040000168
表征第二信道的信道响应的幅值估计值，
Figure BDA0004079521040000169
表征第二信道的信道响应的相位估计值。
可选地，该调整模块403，用于根据该第一信道对应的相位和该第二信道对应的相位，通过预设相位公式，计算该目标RIS转发单元对应的相位；该预设相位公式为：
Figure BDA0004079521040000171
其中，ψn表征该目标RIS转发单元对应的相位；调整该目标RIS转发单元对应的相位，以使该第二信道对应的相位和该第一信道对应的相位保持一致；根据该第一信道对应的幅值和该第二信道对应的幅值，通过预设幅值公式，确定该目标RIS转发单元对应的幅值；该预设幅值公式为：
Figure BDA0004079521040000172
其中，An表征该目标RIS转发单元对应的幅值，N表征RIS转发单元的数量。
可选地，该发送模块404，用于通过预设加密公式和预设相位公式，根据混沌序列生成的伪随机相位扰动，对该目标RIS转发单元的相位进行加密。
可选地，该预设加密公式为δ(iTs)＝2πXi，其中，i表征符号周期，Xi表征混沌序列，Xi+1＝μXi(1-Xi)，μ∈(0,4],Xi∈(0,1),i＝0,1,2...，该发送模块404，用于根据该预设加密公式和预设相位公式，确定预设加密相位公式；该预设加密相位公式为：
Figure BDA0004079521040000173
通过该预设加密相位公式，对该目标RIS转发单元的相位进行加密。
采用上述装置，通过接收信号发送设备发送的目标信号，并从该多个RIS转发单元确定该目标信号对应的目标RIS转发单元；获取该目标信号对应的目标传输信道的信道参数；根据该信道参数，调整该目标RIS转发单元对应的幅值和相位；通过调整后的该目标RIS转发单元，将该目标信号发送至信号接收设备。这样，在基站和覆盖盲区中间部署RIS面板，通过对RIS每个转发单元进行相位和幅度控制，增强了光伏电站机房的信号传输强度，消除覆盖盲区，且控制方法简单，复杂程度低，成本和功耗都较小，有利于推广应用。
图4是本申请根据一示例性实施例示出的一种基于RIS的信号增强与加密的系统，该系统包括信号发送设备401、可重构智能表面RIS转发设备402和信号接收设备403；
该信号发送设备401，用于发送目标信号；
该信号接收设备403，用于接收该目标信号；
该可重构智能表面RIS转发设备402，用于实现上述基于RIS的信号增强与加密的方法。
另外，该信号接收设备还包括与RIS共同持有的一致的加密密钥，用于对接收到的目标信号进行解密。
采用上述系统，在基站和覆盖盲区中间部署RIS面板，通过对RIS每个转发单元进行相位和幅度控制，增强了光伏电站机房的信号传输强度，消除覆盖盲区，同时增加了对目标信号的加密保护，提高了目标信号传输的安全性，且控制方法简单，复杂程度低，成本和功耗都较小，有利于推广应用。
在另一示例性实施例中，还提供一种计算机程序产品，该计算机程序产品包含能够由可编程的装置执行的计算机程序，该计算机程序具有当由该可编程的装置执行时用于执行上述的基于RIS的信号增强与加密的方法的代码部分。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种基于RIS的信号增强与加密的方法，其特征在于，应用于可重构智能表面RIS转发设备，所述RIS转发设备包括多个RIS转发单元，每个RIS转发单元对应有反射幅值和相位，所述方法包括：
接收信号发送设备发送的目标信号，并从所述多个RIS转发单元确定所述目标信号对应的目标RIS转发单元；
获取所述目标信号对应的目标传输信道的信道参数；
根据所述信道参数，调整所述目标RIS转发单元对应的幅值和相位；
通过调整后的所述目标RIS转发单元，对所述目标信号进行加密，并将加密后的所述目标信号发送至信号接收设备。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标信号对应的目标传输信道的信道参数包括信号发送设备到RIS的第一信道的信道参数和RIS到信号接收设备的第二信道的信道参数，所述获取所述目标信号对应的目标传输信道的信道参数包括：
获取所述目标信号在第二信道的等效信号；
根据所述等效信号，确定所述第一信道的信道参数和所述第二信道的信道参数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述信道参数包括信道响应，所述根据所述等效信号，确定所述第一信道的信道参数和所述第二信道的信道参数包括：
根据所述等效信号和预设等效信号公式，确定无线信道矢量；所述预设等效信号公式为：其中，r表征等效信号，hT表征第一信道的无线信道矢量，gT表征第二信道的无线信道矢量，Ψ表征RIS面板引入的可控反射系数矩阵，s表征目标信号，P表征发射功率，z表征引入的噪音；
通过预设信道估算法，根据所述无线信道矢量，确定所述第一信道的信道响应估计值和所述第二信道的信道响应估计值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述信道参数，调整所述目标RIS转发单元对应的幅值和相位包括：
根据所述信道参数，分别确定第一信道对应的幅值和相位以及第二信道对应的幅值和相位；
根据所述第一信道对应的幅值和相位以及所述第二信道对应的幅值和相位，调整所述目标RIS转发单元对应的幅值和相位。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述信道参数，分别确定第一信道对应的幅值和相位以及第二信道对应的幅值和相位包括：
根据第一预设估算公式，通过第一信道的信道响应估计值，确定第一信道对应的幅值估计值和相位估计值；所述第一预设估算公式为：其中，表征第一信道的信道响应估计值，表征第一信道的信道响应的幅值估计值，表征第一信道的信道响应的相位估计值；
根据第二预设估算公式，通过第二信道的信道响应估计值，确定第二信道对应的幅值估计值和相位估计值；所述第二预设估算公式为：其中，表征第二信道的信道响应估计值，表征第二信道的信道响应的幅值估计值，表征第二信道的信道响应的相位估计值。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一信道对应的幅值和相位以及所述第二信道对应的幅值和相位，调整所述目标RIS转发单元对应的幅值和相位包括：
根据所述第一信道对应的相位和所述第二信道对应的相位，通过预设相位公式，计算所述目标RIS转发单元对应的相位；所述预设相位公式为：其中，ψn表征所述目标RIS转发单元对应的相位；
调整所述目标RIS转发单元对应的相位，以使所述第二信道对应的相位和所述第一信道对应的相位保持一致；根据所述第一信道对应的幅值和所述第二信道对应的幅值，通过预设幅值公式，确定所述目标RIS转发单元对应的幅值；所述预设幅值公式为：其中，An表征所述目标RIS转发单元对应的幅值，N表征RIS转发单元的数量。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过调整后的所述目标RIS转发单元，对所述目标信号进行加密包括：
通过预设加密公式和预设相位公式，对所述目标RIS转发单元的相位进行加密。
8.根据权利要求7所述方法，其特征在于，所述预设加密公式为δ(iTs)＝2πXi，其中，i表征符号周期，Xi表征混沌序列，Xi+1＝μXi(1-Xi)，μ∈(0,4],Xi∈(0,1),i＝0,1,2...，所述通过预设加密公式和预设相位公式，对所述目标RIS转发单元的相位进行加密包括：
根据所述预设加密公式和预设相位公式，确定预设加密相位公式；所述预设加密相位公式为：
通过所述预设加密相位公式，对所述目标RIS转发单元的相位进行加密。
9.一种基于RIS的信号增强与加密的装置，其特征在于，应用于可重构智能表面RIS转发设备，所述RIS转发设备包括多个RIS转发单元，每个RIS转发单元对应有反射幅值和相位，所述装置包括：
接收模块，用于接收信号发送设备发送的目标信号，并从所述多个RIS转发单元确定所述目标信号对应的目标RIS转发单元；
获取模块，用于获取所述目标信号对应的目标传输信道的信道参数；
调整模块，用于根据所述信道参数，调整所述目标RIS转发单元对应的幅值和相位；
发送模块，用于通过调整后的所述目标RIS转发单元，对所述目标信号进行加密，并将加密后的所述目标信号发送至信号接收设备。
10.一种基于RIS的信号增强与加密的系统，其特征在于，包括：可重构智能表面RIS转发设备、信号发送设备和信号接收设备；
所述信号发送设备，用于发送目标信号；
所述信号接收设备，用于接收所述目标信号；
所述可重构智能表面RIS转发设备，用于实现上述权利要求1～8中任一项所述的方法。
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