CN116827478A - 基于ris辅助反射干扰窃听者的混合rf/fso系统及安全传输方法 - Google Patents

基于ris辅助反射干扰窃听者的混合rf/fso系统及安全传输方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116827478A
CN116827478A CN202310884430.3A CN202310884430A CN116827478A CN 116827478 A CN116827478 A CN 116827478A CN 202310884430 A CN202310884430 A CN 202310884430A CN 116827478 A CN116827478 A CN 116827478A
Authority
CN
China
Prior art keywords
jammer
signal
ris
eavesdropper
energy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202310884430.3A
Other languages
English (en)
Inventor
王怡
孙庆杰
汪勇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Jiliang University
Original Assignee
China Jiliang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Jiliang University filed Critical China Jiliang University
Priority to CN202310884430.3A priority Critical patent/CN116827478A/zh
Publication of CN116827478A publication Critical patent/CN116827478A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04KSECRET COMMUNICATION; JAMMING OF COMMUNICATION
    • H04K3/00Jamming of communication; Counter-measures
    • H04K3/60Jamming involving special techniques
    • H04K3/62Jamming involving special techniques by exposing communication, processing or storing systems to electromagnetic wave radiation, e.g. causing disturbance, disruption or damage of electronic circuits, or causing external injection of faults in the information
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/11Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04KSECRET COMMUNICATION; JAMMING OF COMMUNICATION
    • H04K3/00Jamming of communication; Counter-measures
    • H04K3/80Jamming or countermeasure characterized by its function
    • H04K3/82Jamming or countermeasure characterized by its function related to preventing surveillance, interception or detection
    • H04K3/825Jamming or countermeasure characterized by its function related to preventing surveillance, interception or detection by jamming

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Noise Elimination (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于RIS辅助反射干扰窃听者的混合RF/FSO系统及安全传输方法,系统包括一个用户节点、一个无线供电干扰机、一个中继节点和一个目的地节点,并考虑在系统附近存在一个非法窃听者。所述中继节点接受用户节点发送的信号,所述窃听者窃听用户节点发送给中继节点的信号,所述干扰机发射干扰信号经RIS反射至窃听者;所述目的地节点接受中继节点发送的信号;所述无线供电干扰机在第一时隙从用户节点获取能量并存储,采集的能量用于无线供电干扰机在第二时隙中发射干扰信号。本发明在存在窃听者的混合RF/FSO系统中,采用一种基于RIS反射干扰窃听者保障系统安全通信及信息安全传输的方法,有效改善了混合RF/FSO系统的安全性能。

Description

基于RIS辅助反射干扰窃听者的混合RF/FSO系统及安全传输 方法
技术领域
本申请涉及无线通信领域,具体地涉及一种基于RIS辅助反射干扰窃听者的混合RF/FSO系统及安全传输方法。
背景技术
随着无线通信技术的飞速发展,人们对于无线服务的需求与日俱增,无线频谱资源日益紧张。自由空间光(FSO)通信系统在数据传输速率、频谱许可度、带宽可用性以及成本效益方面具有明显优势,但是大气湍流和衰减、建筑物抖动以及接收设备的偏移会成为FSO链路长距离通信的巨大阻碍。相比之下,射频(RF)通信对大气湍流不敏感,但其频谱资源有限。通过使用中继技术将传统无线RF通信与FSO通信结合构成混合RF/FSO系统,这样可以综合各自通信的优点,实现长距离传输。由于RF链路具有广播性,所以存在窃听者窃取信息的安全隐患,由于物理层安全不依赖任何加密算法、复杂度低,只需要利用无线信道的物理特性,就可以实现完美的保密通信,由此关于物理层安全(PhysicalLayer Security,PLS)的研究便成为当下研究的热点,而在混合RF/FSO系统中对物理层安全性能的研究便是其中的热点之一。
可重构智能表面辅助的无线通信技术在近两年引起了广泛关注。它是一款具有可控电磁特性的电磁装置,是由多个反射镜或光学相控阵结构组成的平面阵列,可对无线电波进行相位、幅度和频率等的调整,使通信网络达到性能更优化、损耗更低化的目的。此外RIS配置复杂度低、易于部署、能解决视野盲区导致的信号衰弱和可以以非常低的功耗极大地提高数据传输速率,基于这些特点,它被分别引入到混合RF/FSO系统的射频链路、自由空间光链路以及两段链路皆存在的通信系统中,研究了RIS反射元件数对于各自系统通信性能的改善。同样的,将RIS应用到混合RF/FSO物理层安全的研究领域,可以发挥出该模块易于部署和能够解决非视距链路的信号衰弱等相关特点,打破了物理空间上的物理层安全技术的限制,但是截至目前仍未发现关于RIS辅助反射干扰窃听者的混合RF/FSO系统的物理层安全性能的研究。
发明内容
本申请实施例的目的是提供一种RF链路存在窃听情况下基于RIS反射干扰窃听者的混合RF/FSO系统及安全传输方法,以解决RF链路中存在窃听的信息安全问题和能源限制的技术问题。
根据本申请实施例的第一方面,提供一种基于RIS辅助干扰窃听者的混合RF/FSO系统,包括一个用户节点、一个无线供电的干扰机、具有N块反射元件数的RIS、一个中继节点和一个目的地节点,其中:
所述用户节点对所述干扰机发射能量信号被所述干扰机采集并存储,采集到的能量用于下一时隙的信息传输,干扰机发射出的干扰信号在传输过程中经RIS的N块反射元件反射至窃听者;
所述中继节点接收所述用户节点发送的信号,所述窃听者窃听所述用户节点发送给所述中继节点的信号,所述目的地节点接收所述中继节点发送的信号。
可选的,所述窃听者接收到的干扰信号yE表示为:
其中,和/>分别表示是与第i个反射元件相关的J-R'和R'-E链路的信道,αii分别对应hi的振幅和相位,βi,/>分别表示gi的振幅和相位;xJ是干扰机发射的信号,hSE和dJR',dR'E,dSE表示对应链路的信道系数和距离;RIS第i个反射模块的反射系数/>相移φi∈[-π,π),ρii)∈[0,1]代表对应的振幅,为了使干扰链路信噪比最大化,取/>nE表示中继处均值为零方差为/>的加性高斯白噪声。
可选的,所述干扰信号经所述RIS反射干扰窃听者的窃听活动,干扰机、RIS和窃听者形成干扰链路J-R'-E,该干扰链路J-R'-E的瞬时信噪比表示为:
其中Wi=xiyi而xi,yi分别表示Nakagami-m分布下的两个独立随机变量,N(N∈{1,2,3,...∞})代表RIS的反射元件数目,N0是加性高斯白噪声,为干扰链路的平均信噪比;而/>使用拉盖尔展开式的第一项可得到W的概率密度函数表示成:
对公式(3)进行随机变量变换,得到Nakagami-m分布下W的瞬时信噪比的概率密度函数和累积分布函数分别为:
上式中a,b分别是W的均值和方差,它们分别为:
其中m∈{1,2,...,∞}表示衰落严重性参数,Ω是平均衰落功率,Γ(·)为Gamma函数。
由公式(1)和(4)进一步计算得到干扰链路的瞬时信噪比γSJR'E的累积分布函数为:
对(6)进行求导和化简操作,得到对应的概率密度函数为:
可选的,当忽略噪声的存在时,干扰机从用户节点采集到的能量WJ为:
其中λ是时间切换因子,ρ表示干扰机将射频信号转换为直流电的能量转换效率,PJ是干扰机的信号发射功率,dSJ、hSJ分别表示用户节点到干扰机的信道系数和它们之间的距离,T是每个周期用于能量收集和发射信号的设计总时间块。
可选的,所述用户节点与中继节点之间的所有RF链路都服从Nakagami-m衰落分布,RF链路瞬时信噪比γk的概率密度函数和累计分布函数分别为:
其中k∈{SR,SE,JR',R'E},SR,SE,JR',R'E分别代表各个RF信道,mk是衰落参数,分别为各自信道间的平均功率信道增益,Mj表示干扰机的接收天线数;λSR、λSE、λJR'和λR'E分别是用户节点到中继节点、用户节点到窃听者、干扰机到RIS以及RIS到窃听者通信链路的平均信噪比,/>和/>分别是中继节点和窃听者加性高斯白噪声的方差。
可选的,所述中继节点与目的地节点之间服从M分布衰落模型FSO链路的信噪比的概率密度函数和累计分布函数分别为:
其中是FSO链路的平均信噪比,α表示与散射过程中大规模单元的有效数量相关的正参数,β表示小尺度涡流产生的衍射效应有关的自然数,ξ代表接收器处的等效波束半径与接收器外的指向误差位移标准差之间的比率,g表示接收到的散射分量的平均功率,Ω'0为相干贡献的平均功率,/>表示Meijer'sG-function。
根据本发明实施例的第二方面,提供基于上述系统的基于RIS反射干扰窃听者的混合RF/FSO安全传输方法,包括以下步骤:
步骤1:用户节点对干扰机发射能量信号;
步骤2:干扰机引入了无线携能通信的时间切换结构来控制能量接收和信息传输,在第一个时隙λT内,干扰机J从用户节点S的电信号获取能量并存储,采集到的能量用于第二时隙的信息传输,发射出的干扰信号经RIS的N块反射元件反射至窃听者,λ∈(0,1)为时间切换因子;
步骤3:干扰机利用收集的能量发射干扰信号经RIS反射至窃听者,窃听者作为主动攻击者窃听用户节点传输给中继节点的信道信息;
步骤4:用户节点一部分向干扰机发送电信号供其收集能量,一部分再向中继节点发送信号并通过FSO链路将信息发送给目的地节点,其中干扰机具有友好型特性,不会干扰到其他节点的正常通信。
本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果:
由上述实施例可知,本申请提出基于RIS反射干扰窃听者的混合RF/FSO系统及安全传输方法,用户节点首先对干扰机发送能量信号,干扰机将收集到的能量用于发射干扰信号,这些干扰信号用于破坏窃听者收集用户节点向中继节点发送的信息信号的窃听行为。干扰机发射干扰信号干扰窃听者通信,使窃听者的通信质量降低,提高混合系统的物理层的安全性能。
应当理解的是,以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的,并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分,示出了符合本申请的实施例,并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1是本发明实施例的RF链轮在窃听情况下基于RIS反射干扰窃听者的混合RF/FSO系统的示意图;
图2是本发明实施例中的RF/FSO系统在存在窃听者并使用了RIS且不同反射元件数N下,瞬时信噪比λSR与安全中断概率(SOP)的关系的数值仿真和蒙特卡罗验证图;
图3是本发明实施例中的RF/FSO系统在存在窃听者并使用了RIS且不同反射元件数N下,瞬时信噪比λSR与平均保密容量(ASC)的数值仿真和蒙特卡罗验证图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明,其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时,除非另有表示,不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反,它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的,而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式,除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解,本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解,尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息,但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如,在不脱离本申请范围的情况下,第一信息也可以被称为第二信息,类似地,第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境,如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
参见图1,本发明实施例提供一种基于RIS反射干扰窃听者的混合RF/FSO系统,包括一个用户节点、一个无线供电的干扰机、具有N块反射元件数的RIS、一个中继节点和一个目的地节点,其中:
所述用户节点对所述干扰机发射能量信号被所述干扰机采集并存储,采集到的能量用于下一时隙的信息传输,干扰机发射出的干扰信号在传输过程中经RIS的N块反射元件反射至窃听者;
所述中继节点接收所述用户节点发送的信号,所述窃听者窃听所述用户节点发送给所述中继节点的信号,所述目的地节点接收所述中继节点发送的信号。
具体地,所述用户节点对所述干扰机发射能量信号,所述干扰机引入了无线携能通信的时间切换结构来控制能量接收和信息传输,其中每周期设计用于能量收集和传输信息总时间块为T;在第一个时隙λT内,干扰机J从用户节点S的电信号获取能量并存储,采集到的能量用于第二时隙的信息传输;根据干扰机采集到的能量用于第二时隙(1-λ)T干扰机用于信息传输,发射出的干扰信号经RIS的N块反射元件反射至窃听者,λ∈(0,1)为时间切换因子。
所述用户节点和所述中继节点之间的通过服从Nakagami-m分布的RF链路传输信号,所述干扰机至RIS到窃听者之间通过服从Nakagami-m分布的RF链路传输干扰信号,所述中继节点和所述目的地节点之间通过服从Málaga(M)衰落分布的FSO链路传输信号。
可选的,窃听者接收到的信号yE表示为:
其中,和/>分别表示是与第i个反射元件相关的J-R'和R'-E链路的信道,αii分别对应hi的振幅和相位,βi,/>分别表示gi的振幅和相位。xJ是干扰机发射的信号,hSE和dJR',dR'E,dSE表示对应链路的信道系数和距离。RIS第i个反射模块的反射系数/>相移φi∈[-π,π),ρii)∈[0,1]代表对应的振幅,为了使干扰链路信噪比最大化,我们假设/>nE表示中继处均值为零方差为/>的加性高斯白噪声。
可选的,干扰信号经RIS反射至窃听者,干扰链路J-R'-E的瞬时信噪比可表示为:
其中Wi=xiyi而xi,yi分别表示Nakagami-m分布下的两个独立随机变量,N(N∈{1,2,3,...∞})代表RIS的反射表面数目,N0是加性高斯白噪声,为干扰链路的平均信噪比。而/>使用拉盖尔展开式的第一项可得到W的概率密度函数可表示成:
对(3)进行简单的随机变量变换,得到Nakagami-m分布下W的瞬时信噪比的概率密度函数和累积分布函数分别为:
上式中a,b分别是W的均值和方差,他们分别为:
其中m∈{1,2,...,∞}表示衰落严重性参数,Ω是平均衰落功率,Γ(·)为Gamma函数。
可选的,由公式(1)和(4)进一步推导得到干扰链路的瞬时信噪比γSJR'E的累积分布函数为:
对(6)进行求导和化简操作,得到对应的概率密度函数为:
可选的,干扰机从用户节点采集到的能量WJ为:
其中λ是时间切换因子,ρ表示干扰机将射频信号转换为直流电的能量转换效率,PJ是干扰机的信号发射功率,dSJ、hSJ分别表示用户节点到干扰机的信道系数和它们之间的距离,T是每个周期用于能量收集和发射信号的设计总时间块。
可选的,所述用户节点与中继节点之间的所有RF链路都服从Nakagami-m衰落分布,RF链路瞬时信噪比γk的概率密度函数和累计分布函数分别为:
其中k∈{SR,SE,JR',R'E},SR,SE,JR',R'E分别代表各个RF信道,mk是衰落参数,分别为各自信道间的平均功率信道增益,Mj表示干扰机的接收天线数。λSR、λSE、λJR'和λR'E分别是用户节点到中继节点、用户节点到窃听者、干扰机到RIS以及RIS到窃听者通信链路的平均信噪比,/>和/>分别是中继节点和窃听者加性高斯白噪声的方差。
中继节点与目的地节点之间服从M分布衰落模型FSO链路的信噪比的概率密度函数和累计分布函数分别为:
是FSO链路的平均信噪比,α表示与散射过程中大规模单元的有效数量相关的正参数,β表示小尺度涡流产生的衍射效应有关的自然数,ξ代表接收器处的等效波束半径与接收器外的指向误差位移标准差之间的比率,g表示接收到的散射分量的平均功率,Ω'0为相干贡献的平均功率,/>表示Meijer'sG-function。
在Nakagami-m/M混合衰落信道下,混合RF/FSO译码转发中继系统的端到端信噪比的累积分布函数为:
FγSRD(γ)=Pr{min(γSRRD)<γ}=FγSR(γ)+FγRD(γ)-FγSR(γ)FγRD(γ)(13)
将(8)和(12)代入(13)可以得到:
安全中断概率(SOP)是保密基准之一,它被定义为保密中断概率事件发生在系统瞬时保密能力小于某个给定的安全值RS时,保密中断概率事件就会发生。
因此,混合系统的SOP下界表达式为:
此处θ=exp(Rs),将式(14)和(10)代入(15),端到端的保密中断概率可以写作:
平均保密容量(ASC)是评估主动窃听安全性能的重要指标:
将(9)和(14)代入(17)经过上述的一些数学化简运算,得到:
式子中的xj是广义拉盖项式/>的第j个根。
在本节中,给出了基于RIS反射干扰窃听者的混合RF/FSO系统在受到各种参数影响下的仿真结果,再进行蒙特卡洛仿真,进一步验证仿真数值结果的准确性。在RF链路中,需要说明的有:dSJ=dSR=dSE=10m,mSR=mSE=2,该链路的瞬时信噪比λSR=15dB;干扰链路中:反射表面数N=3,衰落参数m=3,Ω=1,λ=ρ=0.4,dJR'=dR'E=10m,平均干扰信噪比为1dB;在FSO链路中需要明确的是:链路距离为1km,波长为785nm,光学波数k=2π/λ1,大气折射率结构常数瞬时信噪比γRD=20dB。其他参数包括:窃听链路瞬时信噪比γSE=-10dB,γRD=20dB,ξ=6.7,λ1=0.8,τ=1,目标保密率RS=0.01nat/s。下列仿真曲线图中,若在没有额外说明的情况下均采用上述的取值。计算广义拉盖尔正交数值积分法时j取到30使级数收敛。为了验证解析表达式的有效性,给出了蒙特卡罗仿真结果,数值结果与模拟结果吻合较好,验证了表达式的准确性。
图2介绍了在RIS辅助的混合RF/FSO系统中,在不同RIS反射元件数N影响下,λSR与安全中断概率的关系。从图中可以看出,系统的安全中断概率随着RF链路瞬时信噪比的增大而逐渐减小。当λSR=35dB,反射元件数分别取4、6、8时,系统SOP分别约为:1.07×10-7、2.75×10-8、7.05×10-9,N=8时系统的SOP比N=4和6时的SOP明显更低。这是因为当反射元件数增加,表明有更多反射元件共同参与接收和反射干扰信号,可以更大限度的降低窃听者的通信质量,使干扰效果更佳。因此在基于RIS辅助的混合RF/FSO系统中适当的增加反射元件数可以使混合系统的物理层安全性能得到提升。
图3中介绍了RIS辅助的混合RF/FSO系统中,不同RIS的反射元件数的影响下,λSR与平均保密容量的关系。从仿真图上可以看出,随着λSR的增大ASC不断升高。当λSR=35dB时,反射表面分别取4、6、8,混合系统的ASC分别约为:3.26,3.44,3.75,结果显示N=8的ASC最大。这是因为随着N的增大RIS能反射更多的干扰信号,可以更大的限制窃听者接收端速率,平均保密容量随之变大。因此在基于RIS辅助的混合RF/FSO系统中适当增加反射元件数可以有效的提升整个通信系统的平均保密容量。
研究结果表明,当增加反射元件数N时,系统的安全中断概率明显降低,平均保密容量明显升高,说明可以通过增大反射元件数,可以更多的反射干扰信号,对窃听者的干扰作用增强,从而提升系统的安全性能。综上所述,在混合RF/FSO系统中存在窃听的情况下,基于RIS辅助反射干扰信号的作用下,窃听者的通信质量降低,混合RF/FSO系统的物理层安全性能得到明显改善,为工程实现提供了良好的理论基础。
本发明还提供了一种RF链路存在窃听的情况下基于RIS反射干扰窃听者的混合RF/FSO方法,包括以下步骤:
步骤1:用户节点对干扰机发射能量信号;
步骤2:干扰机引入了无线携能通信的时间切换结构来控制能量接收和信息传输,在第一个时隙λT内,干扰机J从用户节点S的电信号获取能量并存储,采集到的能量用于第二时隙的信息传输,发射出的干扰信号经RIS的N块反射元件反射至窃听者,λ∈(0,1)为时间切换因子;
步骤3:干扰机利用收集的能量发射干扰信号经RIS反射至窃听者,窃听者作为主动攻击者窃听用户节点传输给中继节点的信道信息;
步骤4:用户节点一部分向干扰机发送电信号供其收集能量,一部分再向中继节点发送信号并通过FSO链路将信息发送给目的地节点,其中干扰机具有友好型特性,不会干扰到其他节点的正常通信。
具体方法实施例参见系统实施例,不再赘述。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的内容后,将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化,这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的,本申请的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是,本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构,并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (7)

1.一种基于RIS辅助干扰窃听者的混合RF/FSO系统,其特征在于,包括一个用户节点、一个无线供电的干扰机、具有N块反射元件数的RIS、一个中继节点和一个目的地节点,其中:
所述用户节点对所述干扰机发射能量信号被所述干扰机采集并存储,采集到的能量用于下一时隙的信息传输,干扰机发射出的干扰信号在传输过程中经RIS的N块反射元件反射至窃听者;
所述中继节点接收所述用户节点发送的信号,所述窃听者窃听所述用户节点发送给所述中继节点的信号,所述目的地节点接收所述中继节点发送的信号。
2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述窃听者接收到的干扰信号yE表示为:
其中,和/>分别表示是与第i个反射元件相关的J-R'和R'-E链路的信道,αii分别对应hi的振幅和相位,/>分别表示gi的振幅和相位;xJ是干扰机发射的信号,hSE和dJR',dR'E,dSE表示对应链路的信道系数和距离;RIS第i个反射模块的反射系数/>相移φi∈[-π,π),ρii)∈[0,1]代表对应的振幅,为了使干扰链路信噪比最大化,取/>nE表示中继处均值为零方差为/>的加性高斯白噪声。
3.根据权利要求2所述的系统,其特征在于,所述干扰信号经所述RIS反射干扰窃听者的窃听活动,干扰机、RIS和窃听者形成干扰链路J-R'-E,该干扰链路J-R'-E的瞬时信噪比表示为:
其中Wi=xiyi而xi,yi分别表示Nakagami-m分布下的两个独立随机变量,N(N∈{1,2,3,...∞})代表RIS的反射元件数目,N0是加性高斯白噪声,为干扰链路的平均信噪比;而使用拉盖尔展开式的第一项可得到W的概率密度函数表示成:
对公式(3)进行随机变量变换,得到Nakagami-m分布下W的瞬时信噪比的概率密度函数和累积分布函数分别为:
上式中a,b分别是W的均值和方差,它们分别为:
其中m∈{1,2,...,∞}表示衰落严重性参数,Ω是平均衰落功率,Γ(·)为Gamma函数。
由公式(1)和(4)进一步计算得到干扰链路的瞬时信噪比γSJR'E的累积分布函数为:
对(6)进行求导和化简操作,得到对应的概率密度函数为:
4.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,当忽略噪声的存在时,干扰机从用户节点采集到的能量WJ为:
其中λ是时间切换因子,ρ表示干扰机将射频信号转换为直流电的能量转换效率,PJ是干扰机的信号发射功率,dSJ、hSJ分别表示用户节点到干扰机的信道系数和它们之间的距离,T是每个周期用于能量收集和发射信号的设计总时间块。
5.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述用户节点与中继节点之间的所有RF链路都服从Nakagami-m衰落分布,RF链路瞬时信噪比γk的概率密度函数和累计分布函数分别为:
其中k∈{SR,SE,JR',R'E},SR,SE,JR',R'E分别代表各个RF信道,mk是衰落参数,分别为各自信道间的平均功率信道增益,Mj表示干扰机的接收天线数;λSR、λSE、λJR'和λR'E分别是用户节点到中继节点、用户节点到窃听者、干扰机到RIS以及RIS到窃听者通信链路的平均信噪比,/>和/>分别是中继节点和窃听者加性高斯白噪声的方差。
6.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述中继节点与目的地节点之间服从M分布衰落模型FSO链路的信噪比的概率密度函数和累计分布函数分别为:
其中是FSO链路的平均信噪比,α表示与散射过程中大规模单元的有效数量相关的正参数,β表示小尺度涡流产生的衍射效应有关的自然数,ξ代表接收器处的等效波束半径与接收器外的指向误差位移标准差之间的比率,g表示接收到的散射分量的平均功率,Ω'0为相干贡献的平均功率,/>表示Meijer'sG-function。
7.根据权利要求1-6任一项所述的系统的基于RIS反射干扰窃听者的混合RF/FSO安全传输方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:用户节点对干扰机发射能量信号;
步骤2:干扰机引入了无线携能通信的时间切换结构来控制能量接收和信息传输,在第一个时隙λT内,干扰机J从用户节点S的电信号获取能量并存储,采集到的能量用于第二时隙的信息传输,发射出的干扰信号经RIS的N块反射元件反射至窃听者,λ∈(0,1)为时间切换因子;
步骤3:干扰机利用收集的能量发射干扰信号经RIS反射至窃听者,窃听者作为主动攻击者窃听用户节点传输给中继节点的信道信息;
步骤4:用户节点一部分向干扰机发送电信号供其收集能量,一部分再向中继节点发送信号并通过FSO链路将信息发送给目的地节点,其中干扰机具有友好型特性,不会干扰到其他节点的正常通信。
CN202310884430.3A 2023-07-19 2023-07-19 基于ris辅助反射干扰窃听者的混合rf/fso系统及安全传输方法 Pending CN116827478A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310884430.3A CN116827478A (zh) 2023-07-19 2023-07-19 基于ris辅助反射干扰窃听者的混合rf/fso系统及安全传输方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310884430.3A CN116827478A (zh) 2023-07-19 2023-07-19 基于ris辅助反射干扰窃听者的混合rf/fso系统及安全传输方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116827478A true CN116827478A (zh) 2023-09-29

Family

ID=88116698

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310884430.3A Pending CN116827478A (zh) 2023-07-19 2023-07-19 基于ris辅助反射干扰窃听者的混合rf/fso系统及安全传输方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116827478A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117081636A (zh) * 2023-10-16 2023-11-17 南京邮电大学 可重构智能表面辅助主动干扰的发射功率优化方法及装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117081636A (zh) * 2023-10-16 2023-11-17 南京邮电大学 可重构智能表面辅助主动干扰的发射功率优化方法及装置
CN117081636B (zh) * 2023-10-16 2024-02-20 南京邮电大学 可重构智能表面辅助主动干扰的发射功率优化方法及装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yang et al. On the performance of RIS-assisted dual-hop UAV communication systems
Petrov et al. Exploiting multipath terahertz communications for physical layer security in beyond 5G networks
CN110518947B (zh) 一种基于毫米波通信的主动窃听环境下波束成形优化方法
CN112672375B (zh) 一种智能反射面辅助的非正交多址接入网络中安全通信方法
Sayehvand et al. Interference and coverage analysis in coexisting RF and dense terahertz wireless networks
CN113938891B (zh) 一种反射面辅助的用户节点不可信noma网络安全通信方法
CN116827478A (zh) 基于ris辅助反射干扰窃听者的混合rf/fso系统及安全传输方法
Jamali et al. Covert millimeter-wave communication: Design strategies and performance analysis
CN113905441A (zh) 一种波束选择测量上报方法和设备
CN114598397B (zh) 窃听环境下基于能量收集中继混合rf/fso系统及方法
Odeyemi et al. On the performance of reconfigurable intelligent surface aided power line communication system under different relay transmission protocols
Shaddad et al. Channel estimation for intelligent reflecting surface in 6G wireless network via deep learning technique
Tokgoz et al. Physical layer security of hybrid FSO-mmWave communications in presence of correlated wiretap channels
CN114339770A (zh) 一种星地融合网络安全传输策略
Yadav et al. Physical layer security performance analysis of RIS-assisted wireless communication systems
Joshi et al. Terahertz wireless transmissions with maximal ratio combining over fluctuating two-ray fading
CN114244469B (zh) 一种安全传输方法、系统、介质、设备及数据处理终端
Jaiswal et al. Physical layer security performance of NOMA-assisted vehicular communication systems over double-Rayleigh fading channels
Sun et al. Security performance analysis of SIMO relay systems over composite fading channels
CN111600641B (zh) 一种中继探测中的波束宽度优化方法
Malandrino et al. Eavesdropping with intelligent reflective surfaces: Threats and defense strategies
Xia et al. Leveraging antenna side-lobe information for expedited neighbor discovery in directional terahertz communication networks
Martins et al. Achievable Capacity for Continuous Radio Stripe LOS Communications
Yang et al. Joint Covert and Secure Communications for Intelligent Reflecting Surface (IRS)-Aided Wireless Networks
Khan et al. Wireless power transfer in millimeter wave

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication