ITS与STAR-RIS联合辅助的物理层密钥生成方案OA
Joint Optimization of ITS and STAR-RIS for Enhanced Physical Layer Key Generation
针对物理层密钥生成(PKG)在遮挡环境下密钥生成速率低、覆盖范围受限和天线功耗高等问题,提出了一种智能透射面(ITS)与同时透射和反射可重构智能表面(STAR-RIS)联合辅助的密钥生成方案.通过建立多输入单输出(MISO)的多用户系统模型,采用ITS辅助发射机取代传统天线阵列以实现信号的波束赋形,STAR-RIS部署于用户侧以实现全空间信道重构.在此基础上,推导出密钥和速率表达式,并构建以最大化密钥和速率为目标的优化问题.针对该非凸问题,提出一种交替优化算法分别对ITS与STAR-RIS的幅度和相位进行联合优化.仿真结果表明,所提联合优化算法能够有效收敛,且相比单独优化ITS或STAR-RIS的方案,显著提升了系统的密钥生成速率,尤其在深度遮挡场景下表现出优越的性能.
Physical layer key generation(PKG)faces challenges in obstructed environments,such as low key generation rates,limited coverage,and high antenna power consumption.This paper proposes a key generation scheme assisted by Intelligent Transmitting Surface(ITS)and Simultaneously Transmitting and Reflecting Reconfigurable Intelligent Surface(STAR-RIS).By establishing a multi-user system model with multiple input single output,the ITS assists transmitters in replacing traditional antenna arrays for beamforming,while the STAR-RIS is deployed on the user side to achieve full-space channel reconstruction.Based on this,the key and rate expressions are derived,and an optimization problem aiming to maximize both key generation rate and security is formulated.To solve this non-convex problem,an alternating optimization algorithm is proposed to jointly optimize the amplitude and phase of ITS and STAR-RIS.Simulation results show that the proposed joint optimization algorithm converges effectively,significantly improving the system key generation rate compared to the independent optimization of ITS or STAR-RIS,especially in deep blockage scenarios,where it demonstrates superior performance.
朱政宇;王若凡;李鑫泽;钟州;陈亚军;赵健;孙钢灿
郑州大学电气与信息工程学院,河南 郑州 450001||西安电子科技大学空天地一体化综合业务网全国重点实验室,陕西 西安 710071郑州大学电气与信息工程学院,河南 郑州 450001郑州大学电气与信息工程学院,河南 郑州 450001信息工程大学,河南 郑州 450002信息工程大学,河南 郑州 450002国网河南省电力公司电力科学研究院,河南 郑州 450052郑州大学电气与信息工程学院,河南 郑州 450001
信息技术与安全科学
智能透射面同时透射和反射可重构智能表面物理层密钥生成交替优化
intelligent transmitting surfacesimultaneously transmitting and reflecting reconfigurable intelligent surfacephysical layer key generationalternating optimization
《移动通信》 2026 (1)
2-7,43,7
国家自然科学基金项目"有源智能超表面辅助无线携能通信系统安全传输理论与方法研究""智能反射面赋能的无人机近场通信传输理论与关键技术研究""无线通信'一次一密'的内生安全理论与基于信息超材料的实现方法"(62571495,62571182,U22A2001)河南省自然科学基金优青项目"智能反射面辅助的无线携能通信安全传输理论与关键技术研究"(232300421097)河南省高校科技创新人才支持计划资助"智能反射面辅助无人机通信系统物理层安全技术研究"(23HASTIT019)西安电子科技大学空天地一体化综合业务网全国重点实验室开放基金项目"面向毫米波近场传输的RIS辅助通感一体化波束资源分配算法研究"(ISN25-11)
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