通信学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (12): 50-60.doi: 10.11959/j.issn.1000-436x.2023221

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基于速率分割的可重构智能表面辅助星地融合网络鲁棒安全传输方案

赵柏1, 林敏1, 肖圣杰1, 程铭1, 冯一帆2, 杨绿溪3   

  1. 1 南京邮电大学通信与信息工程学院，江苏 南京 210003
    2 南京邮电大学波特兰学院，江苏 南京 210023
    3 东南大学信息科学与工程学院，江苏 南京 210096
  • 修回日期:2023-10-27 出版日期:2023-12-01 发布日期:2023-12-01
  • 作者简介:赵柏（1995- ），男，江苏泗阳人，南京邮电大学博士生，主要研究方向为无线通信中的智能信号处理技术、最优化理论、混合多址接入等
    林敏（1972- ），男，浙江台州人，博士，南京邮电大学教授、博士生导师，主要研究方向为无线通信系统、智能信号处理、天线新技术等
    肖圣杰（1998- ），男，江苏无锡人，南京邮电大学硕士生，主要研究方向为星地融合网络中的物理层安全传输技术
    程铭（1992- ），男，江苏常州人，博士，南京邮电大学讲师，主要研究方向为人工智能、性能分析以及天地一体化网络
    冯一帆（2000- ），男，江苏盐城人，南京邮电大学硕士生，主要研究方向为物理层安全通信、智能反射面技术等
    杨绿溪（1964- ），男，安徽桐城人，博士，东南大学教授、博士生导师，主要研究方向为无线通信中的信号处理、MIMO通信、智能无线通信和统计信号处理等
  • 基金资助:
    国家自然科学基金资助项目(61720106003);国家自然科学基金资助项目(61971128);国家自然科学基金资助项目(62301282);南京邮电大学引进人才科研启动基金资助项目(NY220111);南京邮电大学引进人才科研启动基金资助项目(NY221009);江苏省研究生科研与实践创新计划基金资助项目(KYCX23_1018)

Rate splitting based robust secure transmission scheme in RIS-assisted satellite-terrestrial integrated network

Bai ZHAO1, Min LIN1, Shengjie XIAO1, Ming CHENG1, Yifan FENG2, Lvxi YANG3   

  1. 1 College of Communications and Information Engineering, Nanjing University of Posts and Telecommunications, Nanjing 210003, China
    2 Portland Institute, Nanjing University of Posts and Telecommunications, Nanjing 210023, China
    3 School of Information Science and Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, China
  • Revised:2023-10-27 Online:2023-12-01 Published:2023-12-01
  • Supported by:
    The National Natural Science Foundation of China(61720106003);The National Natural Science Foundation of China(61971128);The National Natural Science Foundation of China(62301282);Talent Research Start-up Foundation of Nanjing University of Posts and Communications(NY220111);Talent Research Start-up Foundation of Nanjing University of Posts and Communications(NY221009);The Postgraduate Research and Practice Innovation Program of Jiangsu Province(KYCX23_1018)

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摘要：

首先，考虑一个可重构智能表面（RIS）辅助的星地融合网络，卫星采用速率分割多址技术服务多个地球站，而地面基站则在RIS的协助下利用多播技术服务多个地面用户，同时还存在多个窃听者企图获取卫星的隐私信号。其次，在仅已知窃听者非完美信道状态信息的条件下，以所有用户的通信质量要求及最大窃听概率为约束条件，建立一个以最小化系统总发射功率为目标函数的联合优化问题。为了求解该非凸问题，采用S-procedure和连续凸逼近方法将复杂的窃听概率约束转化为可行的凸约束；利用基于核范数的惩罚函数方法提出一种鲁棒联合优化算法以迭代求解波束成形权矢量和发射功率。最后，计算机仿真结果验证了所提传输方案的有效性和优越性。

关键词: 星地融合网络, 可重构智能表面, 速率分割多址, 鲁棒波束成形, 窃听概率约束

Abstract:

Firstly, considering a reconfigurable intelligent surface (RIS) assisted satellite terrestrial integrated network, the satellite employed the rate splitting multiple access technique to serve multiple earth stations in the presence of multiple eavers-droppers(Eves), while the terrestrial network leveraged multicast technique to serve many ground users with the assist of RIS.Secondly, assuming that only the Eves’ imperfect channel state information could be obtained, a joint optimization problem was formulated to minimize the total transmit power, while ensuring the quality-of-service requirement for all users, and adhering to intercept probabilistic constraints.To tackle this noncom vex problem, the S-procedure and the successive convex approximation approach were employed to convert the intercept probabilistic constraints into solved ones.And then a nuclear norm-based penalty function was employed to propose a robust joint algorithm to obtain the robust beamforming weight vectors and transmit power.Finally, the simulation results demonstrate the effectiveness and superiority of the proposed transmission scheme.

Key words: satellite terrestrial integrated network, reconfigurable intelligent surface, rate splitting multiple access, robust beamforming, intercept probability constraint

中图分类号: 

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