基于硬件损伤的智能反射面辅助安全通信系统能效优化算法.docx
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"基于硬件损伤的智能反射面辅助安全通信系统能效优化算法" 本文主要研究了基于硬件损伤的智能反射面辅助安全通信系统能效优化算法。随着第五代(5G)无线通信网络的商业化,智能终端设备的指数级增长,使得无线通信系统在能耗和网络覆盖等方面面临着严峻的挑战。为了扩大网络规模和服务覆盖范围,中继辅助的通信系统是必不可少的。智能反射表面(Intelligent Reflecting Surfaces,IRS)作为一种无源节能“中继”被提出,引起了学术界与工业界的广泛关注。 智能反射表面(IRS)是一种由大量无源元件组成的平面阵列,通过智能地调节相位增强入射信号,建立良好的无线传输环境,实现可靠通信。IRS 作为 6G 的备选新技术,其低能耗、低成本、易部署及高波束增益的特点可以显著提高系统传输效率。 在无线通信安全传输方面,目前主要分为两种保密通信方式:即传统的密码技术和物理层安全技术。物理层安全技术通过利用合法信道特性的唯一性以及互易性来实现安全通信的。为了解决系统能耗以及物理层安全问题,IRS 辅助安全通信系统具有低功耗、易部署的特点,通过反射相位优化利用多径传输来增强合法用户的接收功率和削弱窃听者的接收功率。 然而,硬件系统一直处于理想状态,忽略了收发机残余硬件损伤(Hardware Impairments,HIs)对系统的影响。因此,在 IRS 辅助安全通信系统中,采用 HIs 算法改善系统性能成为学者的研究热点。 本文的贡献主要在于:(1)考虑 HIs,将收发机硬件残留损伤建模为加性损伤噪声和放大热噪声;考虑安全传输和窃听者的影响,利用人工噪声方法来削弱窃听者的性能。(2)原优化问题是一个 AN 向量、IRS 相位矩阵、基站波束向量耦合的非凸优化问题,很难直接对其进行求解。为了求解该问题,首先利用半定规划与半定松弛方法将非凸的相移约束转化为凸约束条件;然后,利用 Dinkelbach 方法将原分式目标函数转化为确定性的线性目标函数。 本文研究了面向安全通信的 IRS 辅助通信系统能效最大化资源分配算法,考虑了硬件损伤、安全和能效的优化问题,旨在提高 IRS 系统的安全性、能效及抗 HIs 能力。
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