延迟QoS驱动的全双工中继多载波安全系统上的稳健功率分配

本文研究了在全双工(FD)中继多载波安全通信系统中，考虑到信道不确定性和统计延迟服务质量(QoS)要求下的稳健功率分配策略。文中提出了一个优化问题，旨在最大化系统在全双工中继剩余循环干扰(LI)的约束下的安全有效容量。通过最坏情况方法研究稳健功率分配，简化原始优化问题后，使用拉格朗日对偶方法和Karush-Kuhn-Tucker(KKT)条件得到最优解。仿真结果展示了所提出稳健功率分配策略的优势，以及安全有效容量与稳健性之间的折中关系。 1. 全双工中继通信系统：全双工(FD)中继通信系统是指一个通信节点可以在同一时间内进行信号的发送和接收操作。与传统的半双工(HD)中继相比，全双工中继能更好地利用频率谱资源，具有更高的频谱效率。 2. 循环干扰消除技术：在全双工中继系统中，发送和接收同时进行，会产生循环干扰。循环干扰消除技术是一种通过各种技术手段减少或消除这种干扰的方法。例如，通过信号处理技术、天线设计等手段，可以降低干扰，提升通信质量。 3. Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (OFDM)：正交频分复用是一种无线通信技术，通过将信道分成多个正交的子载波进行数据传输。OFDM常用于克服信道频率选择性衰落问题，广泛用于半双工中继通信系统。使用OFDM技术能够在提高传输速率的同时增强信号的鲁棒性。 4. 统计延迟QoS要求：在延迟敏感的网络环境中，为了保证安全传输，延迟容忍保证作为一种QoS要求变得非常重要。统计延迟QoS要求通常用来描述系统延迟的统计特性，以确保系统在满足性能标准的同时，提供可预测的延迟表现。 5. 安全有效容量：文章引入安全有效容量这一概念，来描述系统容量和统计延迟QoS要求之间的关系。安全有效容量是指在满足统计延迟QoS要求的前提下，系统能够提供最大的安全传输速率。 6. 稳健功率分配：在信道不确定性的条件下，稳健功率分配策略旨在优化通信系统的性能，并确保在面对各种不确定因素时系统的鲁棒性。本文提出了一个考虑全双工中继系统整体功率以及剩余循环干扰(LI)功率约束的优化问题，并通过最坏情况方法进行了研究。 7. 拉格朗日对偶方法：在解决优化问题时，拉格朗日对偶方法是一种常用的数学优化技巧。它通过构造拉格朗日函数，将原问题转化为对偶问题，从而简化问题的求解过程。 8. Karush-Kuhn-Tucker(KKT)条件：KKT条件是求解非线性优化问题时的必要条件。当优化问题满足一定条件时，如果存在最优解，则该解必然满足KKT条件。 本文在介绍中强调了资源分配在安全通信系统中的重要性，特别是Wyner提出的保密率概念之后，全双工中继技术、循环干扰消除、OFDM技术以及考虑QoS要求的安全有效容量在提高系统安全传输性能方面的关键作用。通过对全双工中继多载波安全通信系统中的功率分配进行研究，提出了一个综合考虑系统整体功率、残余循环干扰和延迟QoS要求的优化模型，并采用了一系列数学工具来求解该模型，从而达到提高通信系统鲁棒性和有效容量的目的。仿真结果表明，所提出的稳健功率分配策略在满足安全通信要求的同时，有效地平衡了安全有效容量和系统稳健性的关系。