智能可重构表面辅助安全空间调制中的波束成形与发射功率设计
信息论
2022-09-14 v2 信号处理
math.IT
摘要
智能反射面（IRS）是为未来通信系统构建可编程无线环境的一种有前景的方案，其中反射单元通过无源波束成形以完全可定制的方式导引入射信号。本文提出一种 IRS 辅助的安全空间调制（SM），IRS 通过调节反射单元的开关状态同时实现无源波束成形与信息传输。我们考虑发射机到接收机的直射路径被障碍物阻挡的情况，通过联合优化 IRS 处的无源波束成形与发射机处的发射功率，构建了一个最大化平均保密速率（SR）的优化问题。由于 SR 表达式复杂，我们推导了传统近似 SR（TASR）表达式的一种新拟合表达式（NASR），其具有更简洁的闭式且更便于后续优化。基于上述两种拟合表达式，提出了三种波束成形方法，称为基于连续凸近似的最大化 NASR（Max-NASR-SCA）、基于对偶上升的最大化 NASR（Max-NASR-DA）和基于半定松弛的最大化 TASR（Max-TASR-SDR），以提升 SR 性能。此外，基于上述两种近似 SR 表达式提出了两种发射功率设计（TPD）方法，称为 Max-NASR-TPD 和 Max-TASR-TPD。仿真结果表明，所提出的 Max-NASR-DA 和 Max-NASR-SCA 型 IRS 波束成形器相较 Max-TASR-SDR 获得了显著的 SR 性能增益。对于 TPD，所提出的 Max-NASR-TPD 优于 Max-TASR-TPD。特别地，Max-NASR-TPD 具有闭式解。
引用
@article{arxiv.2106.03616,
title = {Beamforming and Transmit Power Design for Intelligent Reconfigurable Surface-aided Secure Spatial Modulation},
author = {Feng Shu and Xinyi Jiang and Wenlong Cai and Weiping Shi and Mengxing Huang and Jiangzhou Wang and Xiaohu You},
journal= {arXiv preprint arXiv:2106.03616},
year = {2022}
}