ＩＲＳ 輔助ＭＩＭＯ 廣播系統的最大最小安全速率研究

摘 要：智能反射表面（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇ Ｓｕｒｆａｃｅ，ＩＲＳ） 能夠生成反射波束，動態調整信道環境，且具有低成本、低功耗和易部署等特點，在通信領域受到廣泛關注，被認為是下一代移動通信系統的關鍵技術之一。針對ＩＲＳ 輔助的多用戶多輸入多輸出（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ，ＭＩＭＯ） 系統，在已知統計信道狀態信息（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｓｔａｔｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ＣＳＩ）的情況下，基于用戶公平性考慮，優化ＩＲＳ 相位以最大化用戶中的最差安全速率?？紤]了混合鏈路和存在竊聽者的情況，給出了最大可達安全速率（Ａｃｈｉｅｖａｂｌｅ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ Ｄａｔａ Ｒａｔｅ，ＡＳＤＲ） 的表達式，將相應優化問題予以歸納，提出了粒子群算法（Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｓｗａｒｍ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，ＰＳＯ） 解決問題。仿真展示了提出算法的性能，與若干基線方法做了對比，并給出了實際ＩＲＳ 設計所需的最小量化比特數。結果表明，提出的算法優于基線對比方法，可以有效地提升ＩＲＳＭＩＭＯ 的系統性能。

關鍵詞：智能反射面；信道狀態信息；粒子群算法；多輸入多輸出

中圖分類號：ＴＮ９２９． ５ 文獻標志碼：Ａ

文章編號：１００３－３１０６（２０２４）１２－２８５８－０７

０ 引言

信息技術的高速發展為人們帶來了可靠、快捷和高速移動通信的同時，面臨著日益顯著的通信安全問題［１－３］。近年來，無線傳輸環境下的物理層安全（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ，ＰＬＳ）技術受到了廣泛關注，與受限于高計算量與復雜密鑰管理的傳統密碼安全技術相比，ＰＬＳ 技術利用了無線信道的唯一性、時間可變性及空間去相關性等特質對信息傳輸進行加密［４－６］，例如波束成形、人工噪聲和中繼干擾。作為６Ｇ 移動通信［７－８］的關鍵性技術之一，智能反射表面（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇ Ｓｕｒｆａｃｅ，ＩＲＳ）具有成本低、功耗低和部署靈活等特點［９－１１］，能夠對入射信號智能調控，有助于提高通信系統的安全性能。