原子空间稀疏分解驱动的RIS辅助毫米波MIMO系统密钥生成机制

来源：电子与信息学报杂志2025年第4期北京时间：

作者：杨立君, 孔文杰, 陆海涛, 亓晋

单位：1.南京邮电大学物联网学院 南京 2100032.中兴通讯股份有限公司 深圳 5180573.深圳市5G接入网安全技术研究及应用重点实验室 深圳 518055

摘要：针对毫米波大规模多输入多输出(MIMO)系统中智能超表面(RIS)辅助的密钥生成方法面临的导频开销高、信道信息估计误差大和信道稀疏度依赖性强等问题，该文提出一种基于原子范数最小化(ANM)的RIS辅助密钥生成方案。现有基于压缩感知(CS)的密钥生成方案需预设信道稀疏度作为先验知识，且受限于网格化离散建模，易导致密钥失配问题。该方案通过引入ANM技术，将基站(Base Station, BS)与用户(UE)间的级联信道估计问题转化为无限分辨率的稀疏信号恢复问题，结合多信号分类(MUSIC)算法联合估计虚拟离开角(AoDs)与到达角(AoAs)，突破传统网格化约束并消除对稀疏度的显式假设，从而提取高精度信道参数作为密钥源。仿真结果表明，与基于传统CS的方案相比，该方案在5 dB的信噪比条件下密钥不一致率降低了47.7%，同时显著减少了导频开销；随着天线规模扩大，其性能优势进一步凸显。该方案为RIS辅助毫米波MIMO系统的密钥生成提供了一种无需先验稀疏度、抗网格误差的可靠解决思路。

关键词：物理层密钥生成, 毫米波MIMO, 智能超表面, 原子范数最小化

基金资助：国家自然科学基金( 62372244, 62172235)，中兴通讯产学研(2023ZTE08-02)，国家重点研发计划(2021YFB3101100)，江苏省重点研发计划重点项目(BE2023025)，南京邮电大学校级自然科学基金(NY222132)，江苏省研究生科研与实践创新计划项目(KYCX23_1056)