Reconfigurable intelligent surface (RIS) is a disruptive technology to enhance the performance of physical-layer key generation (PKG) thanks to its ability to smartly customize the radio environments. Existing RIS-assisted PKG methods are mainly based on the idealistic assumption of an independent and identically distributed (i.i.d.) channel model at both the base station (BS) and the RIS. However, the i.i.d. model is inaccurate for a typical RIS in an isotropic scattering environment and neglecting the existence of channel spatial correlation would possibly degrade the PKG performance. In this paper, we establish a general spatially correlated channel model and propose a new channel probing framework based on the transmit and the reflective beamforming. We derive a closed-form key generation rate (KGR) expression and formulate an optimization problem, which is solved by using the low-complexity Block Successive Upper-bound Minimization (BSUM) with Mirror-Prox method. Simulation results show that compared to the existing methods based on the i.i.d. fading model, our proposed method achieves about $5$ dB transmit power gain when the spacing between two neighboring RIS elements is a quarter of the wavelength. Also, the KGR increases significantly with the number of RIS elements while that increases marginally with the number of BS antennas.


翻译:重新配置智能表面(RIS) 是一种破坏性技术,它能智能定制无线电环境,因此可以提高物理层关键生成(PKG)的性能。现有的RIS辅助PKG方法主要基于独立和同样分布的(i.d.d.) 频道模型的理想假设(基础站)和RIS。然而,i.d. 模型对于在异位散布环境中典型的RIS(PKG)来说是不准确的,忽视频道空间相关性的存在,可能会降低PKG的性能。在本文中,我们建立了一个一般的空间相关频道模型,并提出了基于传输和反映式图像成形的新频道测试框架。我们形成了一个封闭式关键生成率(i.d.d.) 模型,并形成了一个优化问题,通过使用镜像-Prox方法,对一个典型的LISCM(BMUM) 成功控制层(BUMUM) 进行解析。模拟结果表明,与基于i.i.d.d.d. 平面频道的当前方法相比,我们提议的RIS(RIS) 25级要素的变换了RVIF值数,同时我们提议的RIS(V) 的RIL) 的平位数也实现了数增加。

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