能量收集全双工中继系统中的安全波束成形研究

针对节点具有能量收集能力的全双工中继窃听信道保密速率的优化问题,提出了一种基于信息和能量联合传输的人工噪声辅助的安全波束成形方法。该方法在满足节点传输功率和中继节点收集能量等约束条件下,通过联合优化波束成形矩阵、人工噪声协方差矩阵和功率分配因子等参数实现系统安全速率最大化(Secrecy Rate Maximization,SRM)。由于SRM问题是一个非凸的优化问题,为了有效解决该问题,文中采用分步优化方法将原始问题转化成两个子问题。首先,设计一种双层优化算法来优化波束成形矩阵和人工噪声协方差矩阵,其中,外层优化问题使用一维搜索方法解决,内层优化问题使用半定松弛技术解决;然后,固定波束成形矩阵和人工噪声协方差矩阵,再次使用一维搜索方法求解功率分配因子。理论推导证明了内层优化问题总是存在秩为1的最优解,即使用的松弛技术是紧的。仿真结果表明,所提方法能将系统安全性能提升2~3倍。

全双工能量受限中继网络的安全波束成形设计

为了解决全双工能量受限中继网络的无线物理层安全问题,提出了一种基于能量和信息联合传输的安全波束成形方法.在满足中继节点和能量收集节点收集能量的约束条件下,通过联合优化能量信号协方差矩阵、波束成形矩阵和功率分配因子,实现了系统安全速率最大化.目标问题是非凸的,采用分步优化方法将原始问题转化为2个子问题.将第1个子问题转化为双层优化问题,外层优化问题采用一维搜索求解,内层优化问题采用半定松弛技术解决;然后通过一维搜索得到第2个子问题的最优解.仿真结果表明,提出的方法显著提高了系统的安全速率.