一种IRS辅助的认知SWIPT系统安全速率优化方法技术方案

本发明专利技术涉及一种IRS辅助的认知SWIPT系统安全速率优化方法，属于无线通信技术领域。该方法包括：建立IRS辅助的认知SWIPT系统安全传输模型。建立了一个联合优化次级发射机发射波束及人工干扰噪声设计、次级合法用户的功率分割系数和IRS相移设计的资源分配模型。固定IRS相移、次级发射机波束成形矢量和人工干扰噪声，基于一阶泰勒展开和KKT条件得到次级合法用户的最优功率分割系数。采用SDR和SCA的方法得到次级发射机的最优波束成形矢量及人工干扰噪声。给定次级发射机的最优波束成形矢量、人工干扰噪声及次级合法用户的最优功率分割系数，采用SCA的方法求解IRS相移矩阵设计。采用SCA的方法求解IRS相移矩阵设计。采用SCA的方法求解IRS相移矩阵设计。

【技术实现步骤摘要】
一种IRS辅助的认知SWIPT系统安全速率优化方法


[0001]本专利技术属于无线通信
，涉及一种IRS辅助的认知SWIPT系统安全速率优化方法。

技术介绍

[0002]为了提高有限频谱资源的使用效率，人们广泛研究了通过主用户(Primary User，PU)和次用户(Secondary User，SU)之间的频谱共享来增强频谱效率的认知无线电(Cognitive Radio，CR)系统。另一方面，无线携能通信(SimultaneousWireless Information and PowerTransfer，SWIPT)是未来无线供电通信的一个有前景的解决方案，它可以同时传输信息和能量，便于能量受限的物联网设备的部署。然而，由于传播损耗严重，传输效率会随着距离的增加而急剧下降，从而极大地限制了SWIPT系统的性能。如果可以加强信道条件，传输效率和覆盖范围将得到改善。
[0003]智能反射面(Intelligent reflecting surface，IRS)作为5G及5G以后系统的潜在技术而受到广泛关注。IRS是由大量无源反本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种IRS辅助的认知SWIPT系统安全速率优化方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：S1：建立IRS辅助的认知SWIPT系统传输模型；S2：以次级合法用户安全速率最大化为目标，考虑次级合法用户最小收集能量阈值约束和功率分割系数约束、次级发射机最大传输功率约束、IRS相移约束以及对PU施加的干扰功率约束，建立了一个联合优化次级发射机发射波束成形矢量和AN设计、次级合法用户功率分割系数和IRS相移设计的资源分配模型；S3：固定IRS相移、次级发射机波束成形矢量和AN，基于一阶泰勒展开和KKT条件得到次级合法用户的最优功率分割系数；S4：固定IRS相移、次级合法用户的功率分割系数，采用SDR和SCA的方法得到次级发射机最优波束成形矢量及AN；S5：固定次级发射机波束成形矢量、AN以及次级合法用户的功率分割系数，采用SDR和SCA的方法求解IRS相移矩阵设计。2.根据权利要求1所述的一种IRS辅助的认知SWIPT系统安全速率优化方法，其特征在于：所述S1具体包括：IRS辅助的认知SWIPT系统，由一个次用户发射机Alice、一个合法的次用户Bob、L个PU和K个窃听者Eve组成，K≥2；设Bob、PU和Eve都配备了单个天线，而Alice的天线数量和IRS的反射元件数量分别用M和N表示，M≥2；设系统中的所有信道都经历准静态平坦衰落，从Alice到IRS、Bob、第l个PU以及第k个Eve的等效信道增益分别表示为从IRS到Bob、第l个PU以及第k个Eve的等效信道增益分别表示为和为确保从Alice到Bob的安全传输，从Alice发送AN来干扰Eve以实现强安全性，AN会和信息信号一起传输；IRS的每个反射元件通过调整入射信号的相位来抑制Eve的接收；设包括Eve的所有信道的CSI在Alice中是完全已知的；Bob采用PS结构，在解码信息的同时并从Alice传输的信号中获取能量；Alice发射的传输信号建模为x＝w1s+w2a (1)其中，和分别表示为信息信号和AN信号，而和分别表示波束成形矢量和AN矢量；由于Bob使用PS，能量直接从信息信号和AN中获取；设Alice的最大发射功率为P
A
，则有|w1|2+|w2|2≤P
A
；只考虑从IRS反射的第一次信号并忽略反射两次或更多次的信号；Bob接收到的信号表示为第l个PU和第k个Eve接收到的信号分别表示为第l个PU和第k个Eve接收到的信号分别表示为
其中分别为Alice和Bob之间、Alice和第k个Eve之间以及Alice和第l个PU之间的等效信道增益；表示IRS的对角相移矩阵，其中在其主对角线上，θ＝[θ1,θ2,
···
,θ
N
]，θ
n
∈[0,2π]表示为IRS相移的第n个元素，是加性高斯白噪声AWGN；其中和表示噪声功率，具有均值x和协方差Σ的圆对称复高斯CSCG随机向量的分布由表示；为同时进行能量收集EH和信息解码ID，在Bob处考虑一个基于PS的接收器架构，Bob自适应地将接收到的信号分成两个独立的部分用于EH和ID；将ρ∈[0,1]表示为PS比率，其中ρ是用于ID的接收信号部分，其余1
‑
ρ部分用于EH；Bob的信息检测电路接收到的信号表示为其中是由于在ID接收器处进行基带信号处理产生的具有零均值和单位方差的附加噪声；Bob处的SINR由下式给出对于EH，Bob处的接收信号写为Bob的收集到的能量为其中，η为能量收集效率；第k个Eve处的SINR表示为Bob处的可达速率以及第k个Eve处的可达速率表示为R
B
＝log2(1+SINR
B
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)安全速率定义为次级网络中的传输对PU会造成干扰，对第l个PU施加的干扰噪声功率表示为3.根据权利要求2所述的一种IRS辅助的认知SWIPT系统安全速率优化方法，其特征在于：所述S2具体为：为最大化Bob的安全速率，设计问题表述如下
其中，e
min
为Bob最小收集能量阈值，IΓ
l,max
为对第l个PU施加的最大干扰功率，C1为Alice最大传输功率的约束，C2为Bob最小收集能量约束...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国权，何根玺，熊军洲，林金朝，庞宇，朱宏钰，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：