RIS辅助SWIPT系统的保密速率最大化：一种双时间尺度波束成形设计方法
信息论
2022-12-01 v1 信号处理
math.IT
摘要
可重构智能表面（RIS）通过动态调整其反射系数，可实现高无源波束成形增益，用于信号增强或干扰置零。其应用对于提升无线安全性以及基于射频（RF）的无线功率传输效率尤为具有吸引力。受此启发，我们构思并研究了一种 RIS 辅助的安全同时无线信息与功率传输（SWIPT）系统，该系统设计用于从基站（BS）分别向信息用户（IU）和多个能量用户（EU）传输信息和功率。此外，EU 也是潜在的窃听者，可能会窃听 BS 与 IU 之间的通信。我们采用双时间尺度传输以降低信号处理复杂度及信道训练开销，并旨在最大化 IU 实现的平均最坏情况保密速率。这是通过在 EU 处考虑的能量收集约束和 BS 处的功率约束下，联合优化 BS 处的短期发射波束成形向量以及 RIS 处的长期相移来实现的。所构建的随机优化问题是非凸的且变量复杂耦合，并且由于多个 EU/窃听者的存在而是非平滑的。目前没有标准优化方法可用于解决这一具有挑战性的场景。为了应对这一挑战，我们提出了一种平滑近似辅助的随机逐次凸近似（SA-SSCA）算法。此外，还提出了一种低复杂度启发式算法，以在不过度损害性能的情况下降低计算复杂度。仿真结果表明了 RIS 在保护 SWIPT 系统安全方面的有效性。还展示了我们提出的算法相对于相关基准方案所取得的显著性能增益。
引用
@article{arxiv.2211.16666,
title = {Secrecy Rate Maximization of RIS-assisted SWIPT Systems: A Two-Timescale Beamforming Design Approach},
author = {Ming-Min Zhao and Kaidi Xu and Yunlong Cai and Yong Niu and Lajos Hanzo},
journal= {arXiv preprint arXiv:2211.16666},
year = {2022}
}
备注
16 pages, 12 figures, accepted for publication in IEEE Transactions on Wireless Communications