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申请/专利权人：重庆邮电大学

摘要：本发明请求保护一种RIS辅助的无人机NOMA网络的安全速率优化的方法，该方法考虑合法用户之间公平性和窃听信道的统计CSI条件下，在满足安全中断概率、无人机最大发射功率、SIC解码顺序、RIS相移约束下，实现最大化无人机NOMA网络的最小安全速率。本发明建立基于RIS辅助的无人机NOMA网络的最大化最小安全速率模型，首先通过引用辅助变量将安全中断概率约束转化为确定性约束，基于惩罚、逐次凸逼近等方法将非凸优化问题等价转化为凸优化问题，然后使用交替迭代算法，以最大化合法用户之间的最小安全速率。本发明具有计算复杂度低、信道适应性强的优点，同时考虑了用户公平性，特别适合实际窃听场景下的RIS辅助的无人机NOMA网络。

主权项：1.一种RIS辅助的无人机NOMA网络的最大化最小安全速率的方法，其特征在于，包括以下步骤：101、在考虑合法用户公平性和窃听信道的统计CSI条件下，建立RIS辅助的无人机NOMA网络的最大化最小安全速率模型，并采用安全中断概率作为安全度量；102、初始化目标问题的相关参数，无人机位置q，RIS相移矩阵Θ，无人机功率分配P，SIC解码顺序A，最小安全速率判决门限ζ，利用辅助变量将安全中断概率约束转化为确定性约束；103、根据给定的无人机功率分配，无人机位置，SIC解码顺序，求解出RIS相移矩阵，并将RIS相移矩阵更新；104、根据给定的无人机位置，SIC解码顺序，RIS相移矩阵，求解出无人机功率分配，并将无人机功率分配更新；105、根据给定的RIS相移矩阵，无人机功率分配，求解出无人机位置、SIC解码顺序，并将无人机位置、SIC解码顺序更新；106、最小安全速率更新收敛判断：若两次的安全速率差值的绝对值不大于安全速率判决门限，则安全速率收敛，给出最大的最小安全速率，方法结束；若两次的安全速率差值的绝对值大于安全速率判决门限，则将此时的安全速率保存，并跳转到步骤103，直到安全速率满足条件，给出最大的最小安全速率；所述步骤101，在考虑合法用户公平性和窃听信道的统计CSI条件下，建立RIS辅助的无人机NOMA网络的安全速率最大化目标优化问题为 式中，C1为无人机最大发射功率约束，pk为无人机发送信息给合法用户Uk的功率，Pmax为无人机的最大发射功率；C2为RIS相移约束，θn为RIS第n个反射元件的相移；C3为安全中断概率约束，Re,k为窃听者窃听合法用户Uk的速率，Rk为合法用户Uk的速率，Rs,k为合法用户Uk的安全速率，Θ＝diagθ1,θ2,...θN为RIS的相移矩阵，P为pk的集合，q为无人机的位置，A为αi,j的集合，μmax,k为关于合法用户Uk的最大安全中断概率；C4-C6为合法用户SIC解码约束，变量αi,j＝1时，表示合法用户Ui解码合法用户Uj，wu,k为合法用户Uk的位置； 式中为合法用户Uk的组合信道，其中hak为无人机到合法用户Uk的信道，为RIS到合法用户Uk的信道，G为无人机到RIS的信道；为窃听者的组合信道，hae为无人机到窃听者的信道，gre为RIS到窃听者的信道，σ2为合法用户或窃听者的高斯噪声；所述步骤102，初始化无人机位置为q＝[x,y,H]，RIS相移矩阵为Θ，无人机发射功率为P，SIC解码顺序为A，最小安全速率判决门限为ζ，其中，x、y、H分别为无人机的横坐标、纵坐标和飞行高度；将问题P1中约束C3安全中断概率约束转化为确定性约束的具体步骤为：窃听者的组合信道he可重写为 式中其中为无人机到窃听者链路的大尺度路径损耗因子，为无人机到RIS链路的大尺度路径损耗因子，为RIS到窃听者链路的大尺度路径损耗因子，I为单位矩阵，N为RIS反射元件个数，ρ0表示参考距离1m处的路径损耗，β0表示路径衰落指数，we表示窃听者的位置，r表示RIS的位置；|he|2遵循指数分布，根据|he|2的概率分布函数引入辅助变量zk，将安全中断概率约束转换为： 所以将目标优化问题P1转换为 式中，为Re,k的分式由安全中断概率约束转化后的下界，其中ξeq2＝N|LreLar|2，Laeq为无人机到窃听者链路的大尺度路径损耗因子，Larq为无人机到RIS链路的大尺度路径损耗因子，Lreq为RIS到窃听者链路的大尺度路径损耗因子，N为RIS反射元件个数；所述步骤103，给定的无人机功率分配，无人机位置，SIC解码顺序，优化RIS相移，具体步骤为：引入辅助变量t1，将目标优化问题P2转换为 式中，约束C1中 为合法用户Uk速率SCA取得的下界，为窃听速率凹函数差的形式，并对第一项利用泰勒展开得到的上界，pk为无人机发送信息给合法用户Uk的功率，Pmax为无人机的最大发射功率；其中为引入的辅助变量，vn、为第n次迭代中的v、值；所述步骤104，给定无人机位置，SIC解码顺序，RIS相移，优化无人机功率分配，具体为： 式中，约束C1中 为合法用户Uk速率SCA取得的下界；所述步骤105，给定RIS相移，无人机功率分配，优化定无人机位置和SIC解码顺序，具体为：引入辅助变量t3，将目标优化问题P2转换为 C2:urq≥||q-r|| C8:||q-qn||≤δC9:||qn-we||+q-qn≥leC10:||qn-r||+q-qn≥lr 式中为引入的辅助变量集合，uk为无人机与合法用户Uk距离的上界，le为无人机与窃听者距离的下界，ur表示无人机与RIS距离的上界，lr表示无人机与RIS距离的下界；约束C3中ηkq＝fkuk,ur+Bkgkuk,ur为无人机到合法用户Uk的组合期望信道增益的下界，ηkq其中， Ak其中为无人机到RIS信道的LOS分量，为RIS到合法用户Uk信道的LOS分量，R2为莱斯因子，为Rk的分式中分子与分母同时除以ηkq后的分母；约束C4中为zkq,A表达式中|Laeq|2+ξeq2的展开式的上界；约束C5中为合法用户Uk的速率在SCA第n次迭代的点处一阶泰勒展开，Xe,kA,q为zkq,A中分子与分母同时除以后的分母并在SCA第n次迭代的点处一阶泰勒展开；约束C7中为ηkq在SCA第n次迭代点处一阶泰勒展开，其中，约束C8中qn表示SCA第n次迭代的值，δ为每次SCA迭代的无人机最大允许位移；约束C9、C10在SCA第n次迭代点qn处一阶泰勒分别展开得到凸集；约束C13为非凸集αi,jαj,k≤αi,k转化为凸函数差的形式后在SCA第n次迭代点处一阶泰勒展开；对非凸集αi,j作为惩罚项写入目标函数中，ξ＞＞0为惩罚系数。

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百度查询： 重庆邮电大学 RIS辅助的无人机NOMA网络的最大化最小安全速率的方法