基于智能反射面的人工噪声辅助安全 MIMO 无线通信

本文考虑一种由发送人工噪声（AN）的物理层安全技术辅助的 MIMO 安全无线通信系统。为进一步提升系统安全性能，在 AN 辅助通信系统中引入先进的智能反射面（IRS），其中基站（BS）、合法信息接收者（IR）和窃听者（Eve）均配备多根天线。以最大化保密速率（SR）为目标，在发射功率限制与 IRS 相移单位模约束下，联合优化 BS 处的发射预编码（TPC）矩阵、AN 的协方差矩阵以及 IRS 的相移。随后，将保密速率最大化（SRM）问题公式化，这是一个具有多个耦合变量的非凸问题。为求解该问题，我们提出利用块坐标下降（BCD）算法，在保持 SR 不下降的同时交替更新 TPC 矩阵、AN 协方差矩阵和相移。具体而言，通过拉格朗日乘子法导出最优 TPC 矩阵与 AN 协方差矩阵，并通过 Majorization-Minimization（MM）算法获得最优相移。由于所有变量均可闭式计算，所提算法非常高效。我们还将 SRM 问题推广至更一般的多 IR 场景，并提出一种 BCD 算法予以求解。最后，仿真结果验证了通过 IRS 增强系统安全性的有效性。