CN113382445B - 提高swipt系统安全速率的方法、装置、终端及存储介质 - Google Patents

提高swipt系统安全速率的方法、装置、终端及存储介质 Download PDF

Info

Publication number
CN113382445B
CN113382445B CN202110845187.5A CN202110845187A CN113382445B CN 113382445 B CN113382445 B CN 113382445B CN 202110845187 A CN202110845187 A CN 202110845187A CN 113382445 B CN113382445 B CN 113382445B
Authority
CN
China
Prior art keywords
base station
signal
reflecting surface
noise
phase shift
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110845187.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113382445A (zh
Inventor
李保罡
司福强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
North China Electric Power University
Original Assignee
North China Electric Power University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by North China Electric Power University filed Critical North China Electric Power University
Priority to CN202110845187.5A priority Critical patent/CN113382445B/zh
Publication of CN113382445A publication Critical patent/CN113382445A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113382445B publication Critical patent/CN113382445B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W28/00—Network traffic management; Network resource management
    • H04W28/16—Central resource management; Negotiation of resources or communication parameters, e.g. negotiating bandwidth or QoS [Quality of Service]
    • H04W28/18—Negotiating wireless communication parameters
    • H04W28/22—Negotiating communication rate
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/04013—Intelligent reflective surfaces
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/20—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using microwaves or radio frequency waves
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W52/00—Power management, e.g. TPC [Transmission Power Control], power saving or power classes
    • H04W52/04—TPC
    • H04W52/18—TPC being performed according to specific parameters
    • H04W52/26—TPC being performed according to specific parameters using transmission rate or quality of service QoS [Quality of Service]
    • H04W52/267—TPC being performed according to specific parameters using transmission rate or quality of service QoS [Quality of Service] taking into account the information rate
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W52/00—Power management, e.g. TPC [Transmission Power Control], power saving or power classes
    • H04W52/04—TPC
    • H04W52/38—TPC being performed in particular situations
    • H04W52/46—TPC being performed in particular situations in multi hop networks, e.g. wireless relay networks
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0613—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission
    • H04B7/0615—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal
    • H04B7/0617—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal for beam forming

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

本发明提供一种提高SWIPT系统安全速率的方法、装置、终端及存储介质。该方法包括：接收基站发送的噪声信号和信息信号；基于噪声信号、信息信号、基站输出功率、基站波束赋形向量、智能反射面的相移向量和功率分割系数，构建SWIPT系统的安全速率模型；将安全速率模型进行转换，得到与安全速率模型等价的三个凸问题；根据能量阈值、基站发射功率、功率分割系数阈值和智能反射面的相移阈值，对三个凸问题进行全局最大化迭代处理，得到SWIPT系统的最大安全速率。本发明通过在基站发射信息信号的同时发射噪声信号，通过优化基站波束赋形向量、智能反射面的相移向量和功率分割系数，从而提高了系统物理层的安全速率。

Description

提高SWIPT系统安全速率的方法、装置、终端及存储介质
技术领域
本发明涉及无线通信的物理层安全技术领域，尤其涉及一种提高SWIPT系统安全速率的方法、装置、终端及存储介质。
背景技术
无线携能通信传输(Simultaneous Wireless Information and PowerTransfer,SWIPT)是一种新型的无线通信类型，其可以同时传输信息和能量，即在与无线设备进行信息交互的同时，还可以为无线设备提供能量。为了避免基站和用户间障碍物对无线通信的影响，一般在基站和用户之间设置一个智能反射面(Intelligent ReflectingSurfaces，IRS)。智能反射面通过在平面上集成大量低成本的无源反射元件，智能地重新配置无线传播环境，从而提高无线通信的性能。
在基于智能反射面的无线携能通信传输系统中，通常将用户分为两组，一组用户用于采集能量，一组用户用于解码信息。在基于智能反射面的无线携能通信传输系统的物理层中，通常将采集能量的用户视为潜在的窃听者，从而通过设定不同的能量效率，确保无线携能通信传输系统的物理层的安全速率。
然而，目前的基于能量效率限制的无线携能通信传输系统中，用户只能单纯接收解码信息信号，无法采集能量信号。当用户需要同时采集能量信号和解码信息信号时，如何保证无线携能通信传输系统的安全速率，成为亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种提高SWIPT系统安全速率的方法、装置、终端及存储介质，以解决当用户同时采集能量信号和解码信息信号时，无法保证SWIPT系统的安全速率的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种提高SWIPT系统安全速率的方法，包括：
接收基站发送的噪声信号和信息信号，其中，噪声信号包括基站直传链路的第一噪声信号和经过智能发射面反射的第二噪声信号；信息信号包括基站直传链路的第一信息信号和经过智能反射面反射的第二信息信号；
基于噪声信号、信息信号、基站发射功率、基站波束赋形向量、智能反射面的相移向量和功率分割系数，构建SWIPT系统的安全速率模型；
将安全速率模型进行转换，得到与安全速率模型等价的三个凸问题；
根据能量阈值、基站发射功率阈值、功率分割系数阈值和智能反射面的相移阈值，对三个凸问题进行全局最大化地迭代处理，得到SWIPT系统的最大安全速率。
在一种可能的实现方式中，安全速率模型为：
Figure BDA0003180240860000021
s.t.：||ω1||+||ω2||≤PA；
EU≥Ereq；
0＜ρ＜1；
0≤θm≤2π；
其中，RU为用户处的信息速率，RU＝Blog2(1+SNRU)；SNRU为用户处的信噪比，
Figure BDA0003180240860000022
RE为窃听者处的信息速率，RE＝Blog2(1+SNRE)；SNRE为窃听者处的信噪比，
Figure BDA0003180240860000023
Figure BDA0003180240860000024
hIU和hIE分别为智能反射面到用户和窃听者处的信道参数，HAI为基站到智能反射面的信道矩阵，hAU和hAE分别为智能反射面到用户和窃听者处的信道参数，
Figure BDA0003180240860000031
为智能反射面处的相移向量，θm∈[0，2π]为第m个智能反射面元件的相移；ω1和ω2分别为基站处信息信号和噪声信号的波束赋形向量；B为无线携能通信传输系统的带宽；σ2为加性高斯白噪声，
Figure BDA0003180240860000032
为功率分割过程中产生的加性高斯白噪声；ρ为功率分割系数；EU为用户采集到的能量，
Figure BDA0003180240860000033
Figure BDA0003180240860000034
η表示采集能量过程中的损耗，Ereq为能量阈值，PA为基站发射功率。
在一种可能的实现方式中，功率分割系数为利用功率分割法将用户接收到的信号分成解码信息信号和采集能量信号的系数；
其中，解码信息信号为
Figure BDA0003180240860000035
Figure BDA0003180240860000036
采集能量信号为
Figure BDA0003180240860000037
Figure BDA0003180240860000038
x为基站发射的信息信号和噪声信号，x＝ω1s+ω2a；s～CN(0，1)为信息信号，a～CN(0，1)为噪声信息；n0～CN(0，σ2)为加性高斯白噪声，
Figure BDA0003180240860000039
为功率分割中产生的加性高斯白噪声。
在一种可能的实现方式中，将安全速率模型进行转换，得到与安全速率模型等价的三个凸问题，包括：
固定安全速率模型中的基站波束赋形向量和智能反射面的相移向量，对功率分割系数进行等价变化和迭代优化处理，得到第一凸问题；其中，第一凸问题为，
Figure BDA00031802408600000310
s.t.0＜ρ＜1；
Figure BDA0003180240860000041
其中，
Figure BDA0003180240860000042
Figure BDA0003180240860000043
Figure BDA0003180240860000044
ρ(k)为功率分割系数ρ在第k次迭代时的值。
在一种可能的实现方式中，将安全速率模型进行转换，得到与安全速率模型等价的三个凸问题，还包括：
固定第一凸问题中得到的最优功率分割系数ρ*和智能反射面的相移向量，对基站波束赋形向量进行等价变化和迭代优化处理，得到第二凸问题；其中，第二凸问题为，
Figure BDA0003180240860000045
s.t.(W1，W2)∈W；
tU＞0，tE＞0；
其中，
Figure BDA0003180240860000046
Figure BDA0003180240860000047
Figure BDA0003180240860000048
Figure BDA0003180240860000049
在一种可能的实现方式中，将安全速率模型进行转换，得到与安全速率模型等价的三个凸问题，还包括：
固定第一凸问题中得到的最优功率分割系数ρ*和第二凸问题中得到的最优波束赋形向量(W1，W2)，对智能反射面的相移向量进行等价变化和迭代优化处理，得到第三凸问题；其中，第三凸问题为，
Figure BDA0003180240860000051
Figure BDA0003180240860000052
zU＞0，zE＞0；
其中，
Figure BDA0003180240860000053
Figure BDA0003180240860000054
Figure BDA0003180240860000055
Figure BDA0003180240860000056
Figure BDA0003180240860000057
第二方面，本发明实施例提供了一种提高SWIPT系统安全速率的装置，包括：
接收模块，用于接收基站发送的噪声信号和信息信号；其中，噪声信号包括基站直传链路的第一噪声信号和经过智能发射面反射的第二噪声信号；信息信号包括基站直传链路的第一信息信号和经过智能反射面反射的第二信息信号；
构建模型模块，用于基于噪声信号、信息信号、基站发射功率、基站波束赋形向量、智能反射面的相移向量和功率分割系数，构建SWIPT系统的安全速率模型；
转换模块，用于将安全速率模型进行转换，得到与安全速率模型等价的三个凸问题；
确定模块，用于根据能量阈值、基站发射功率、功率分割系数阈值和智能反射面的相移阈值，对三个凸问题进行全局最大化地迭代处理，得到SWIPT系统的最大安全速率。
在一种可能的实现方式中，安全速率模型为
Figure BDA0003180240860000061
s.t.||ω1||+||ω2||≤PA；
EU≥Ereq；
0＜ρ＜1；
0≤θm≤2π；
其中，RU为用户处的信息速率，RU＝Blog2(1+SNRU)；SNRU为用户处的信噪比，
Figure BDA0003180240860000062
RE为窃听者处的信息速率，RE＝Blog2(1+SNRE)；SNRE为窃听者处的信噪比，
Figure BDA0003180240860000063
Figure BDA0003180240860000064
hIU和hAE分别为智能反射面到用户和窃听者处的信道参数，HAI为基站到智能反射面的信道矩阵，hAU和hAE分别为智能反射面到用户和窃听者处的信道参数，
Figure BDA0003180240860000065
为智能反射面处的相移向量，θm∈[0，2π]为第m个智能反射面元件的相移；ω1和ω2分别为基站处信息信号和噪声信号的波束赋形向量；B为无线携能通信传输系统的带宽；σ2为加性高斯白噪声，
Figure BDA0003180240860000066
为功率分割过程中产生的加性高斯白噪声；ρ为功率分割系数；EU为用户采集到的能量，
Figure BDA0003180240860000067
Figure BDA0003180240860000068
η表示采集能量过程中的损耗，Ereq为能量阈值，PA为基站发射功率。
在一种可能的实现方式中，功率分割系数为利用功率分割法将用户接收到的信号分成解码信息信号和采集能量信号的系数；
其中，解码信息信号为
Figure BDA0003180240860000069
Figure BDA00031802408600000610
采集能量信号为
Figure BDA00031802408600000611
Figure BDA00031802408600000612
x为基站发射的信息信号和噪声信号，x＝ω1s+ω2a；s～CN(0，1)为信息信号，a～CN(0，1)为噪声信息；n0～CN(0，σ2)为加性高斯白噪声，
Figure BDA00031802408600000613
为功率分割中产生的加性高斯白噪声。
在一种可能的实现方式中，转换模块还用于，固定安全速率模型中的基站波束赋形向量和智能反射面的相移向量，对功率分割系数进行等价变化和迭代优化处理，得到第一凸问题；其中，第一凸问题为，
Figure BDA0003180240860000071
s.t.0＜ρ＜1；
Figure BDA0003180240860000072
其中，
Figure BDA0003180240860000073
Figure BDA0003180240860000074
Figure BDA0003180240860000075
ρ(k)为功率分割系数ρ在第k次迭代时的值。
在一种可能的实现方式中，转换模块还用于，固定第一凸问题中得到的最优功率分割系数ρ*和智能反射面的相移向量，对基站波束赋形向量进行等价变化和迭代优化处理，得到第二凸问题；其中，第二凸问题为，
Figure BDA0003180240860000076
s.t.(W1，W2)∈W；
tU＞0，tE＞0；
其中，
Figure BDA0003180240860000077
Figure BDA0003180240860000078
W＝{(W1，W2)|Tr(W1+W2)≤PA；
Figure BDA0003180240860000081
在一种可能的实现方式中，转换模块还用于，固定第一凸问题中得到的最优功率分割系数ρ*和第二凸问题中得到的最优波束赋形向量(W1，W2)，对智能反射面的相移向量进行等价变化和迭代优化处理，得到第三凸问题；其中，第三凸问题为，
Figure BDA0003180240860000082
Figure BDA0003180240860000083
zU＞0，zE＞0；
其中，
Figure BDA0003180240860000084
Figure BDA0003180240860000085
Figure BDA0003180240860000086
Figure BDA0003180240860000087
第三方面，本发明实施例提供了一种终端，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所述方法的步骤。
第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所述方法的步骤。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：
本发明实施例提供一种提高SWIPT系统安全速率的方法、装置、终端及存储介质，首先，通过接收基站发送的噪声信号和信息信号，然后，基于噪声信号、信息信号、基站发射功率、基站波束赋形向量、智能反射面的相移向量和功率分割系数，构建无线携能通信传输系统的安全速率模型。之后，将安全速率模型进行转换，得到与安全速率模型等价的三个凸问题，最后，根据能量阈值、基站发射功率、功率分割系数阈值和智能反射面的相移阈值，对三个凸问题不断迭代优化处理，确定无线携能通信传输系统的最大安全速率。如此，在无线携能通信传输系统中通过智能反射面独立的反射入射信息，通过引入功率分割系数，可使用户同时采集能量信号和解码信息信号。通过在基站发射信息信号的同时发射噪声信号，通过优化基站波束赋形向量、智能反射面的相移向量和功率分割系数，提高无线携能通信传输系统的物理层的安全速率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种提高SWIPT系统安全速率的方法的应用场景图；
图2是本发明实施例提供的一种提高SWIPT系统安全速率的方法的实现流程图；
图3是本发明实施例提供的提高SWIPT系统安全速率的装置的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的终端的示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。
无线携能通信传输是利用无线射频信号可同时携载信息与能量的特点，从一个射频信号中同时接收信息与能量。智能反射面则是通过在平面上集成大量低成本的无源反射元件，智能地重新配置无线传播环境，从而显著提高无线通信网络的性能。具体而言，智能反射面的不同元件可以通过控制其幅度和/或相位来独立地反射入射信号，从而协同地实现用于定向信号增强或零陷的精细的三维无源波束形成。这一特性使得智能反射面技术与无线携能通信传输系统可以结合起来。
然而，目前的无线携能通信传输系统中，具有双重功能的能量接收端能够同时进行信息解码和能量收集，该能量接收端可能会成为系统中的潜在窃听者。同时，由于信息接收端和能量接收端以显著不同的功率灵敏度工作，通常情况下能量接收端与发送端距离较近以便于收集能量。由于潜在窃听者更接近发射端，因而有比信息接收端质量更好的信道，能够更容易地窃听发送给合法信息接收端的信息，给SWIPT系统中的安全通信带来极大挑战。
如图1所示，提供了一种提高SWIPT系统安全速率的方法的应用场景图，当用户140需要同时接收采集能量信号和接收解码信号时，传统的采用能量效率保证物理层的安全性，用户则无法采集能量信号。并且当系统中存在额外的窃听者130时，当基站120发射信号时，信号一方面可以通过智能反射面110传输到窃听者130和用户140；另一方面，信号可以直接听过链路传输到窃听者130和用户140。故而，目前亟需一种在用户同时采集能量信号和解码信息信号的情况下，保证无线携能通信传输系统的安全的方法。
为了解决现有技术问题，本发明实施例提供了一种提高SWIPT系统安全速率的方法、装置、终端和存储介质。下面首先对本发明实施例所提供的提高SWIPT系统安全速率的方法进行介绍。
参见图2，其示出了本发明实施例提供的提高SWIPT系统安全速率的方法的实现流程图，详述如下：
步骤S210、接收基站发送的噪声信号和信息信号。
具体的，噪声信号包括基站直传链路的第一噪声信号和经过智能发射面反射的第二噪声信号；信息信号包括基站直传链路的第一信息信号和经过智能反射面反射的第二信息信号。
在一些实施例中，基站处同时发射信息信号和人工噪声信号，并利用基站的多天线进行主动波束赋形，并对上述的信息信号和人工噪声信号采用不同的发射功率。此时，用户接收到的信号为基站直传链路的信息信号和人工噪声信号，及经过智能发射面反射的信息信号和人工噪声信号。通过设计基站波束赋形向量、智能反射面的相移向量，即可大大增强用户处的信噪比，从而使窃听者接收到的信噪比大大减小，从而保证系统的安全性。
具体的，在本发明中，无线携能通信传输系统中有一个Nt根天线的基站、一个有M个反射元件的IRS、一个单天线的用户和一个单天线的窃听者。为了阻止窃听者偷听到基站发送给用户的信息信号，基站在发送信息信号的同时，也会发送人工噪声信号。因此，基站发射的信号可以表示为x＝ω1s+ω2a；其中，
Figure BDA0003180240860000111
和
Figure BDA0003180240860000112
分别是基站处的波束赋形向量，s～CN(0，1)和a～CN(0，1)分别是信息信号和人工噪声信号。假设基站处的发射功率为PA，则可以得到约束||ω1||+||ω2||≤PA。因此，在经过基站直传链路以及IRS的反射之后，在用户和窃听者处接收到的信号可以分别表示为：
Figure BDA0003180240860000113
Figure BDA0003180240860000114
其中，hIU∈CM×1和hIE∈CM×1分别表示IRS到用户和窃听者处的信道参数，
Figure BDA0003180240860000115
表示基站到IRS的信道矩阵，
Figure BDA0003180240860000116
和
Figure BDA0003180240860000117
分别表示基站到用户和窃听者处的信道参数，n0～CN(0，σ2)为加性高斯白噪声。除此之外，
Figure BDA0003180240860000121
表示IRS处的相移矩阵，其中，θ＝[θ1，...，θM]和θm∈[0，2π]为第m个IRS元件的相移。为了简单表示，我们定义
Figure BDA0003180240860000122
和
Figure BDA0003180240860000123
因此，在窃听者处接收信号的信噪比可以表示为
Figure BDA0003180240860000124
步骤S220、基于噪声信号、信息信号、基站发射功率、基站波束赋形向量、智能反射面的相移向量和功率分割系数，构建SWIPT系统的安全速率模型。
为了使用户可以同时采集能量信号和接收解码信号。在本发明中引入了功率分割技术，使得系统中的用户可以同时采集能量信号和接收解码信号。用ρ表示功率分割系数，则用于接收解码信号和用来采集能量信号可以分别表示为：
Figure BDA0003180240860000125
Figure BDA0003180240860000126
其中，
Figure BDA0003180240860000127
是在功率分割过程中产生的加性高斯白噪声。所以，用户处的信噪比可以表示为：
Figure BDA0003180240860000128
可以更进一步地将用户和窃听者处的信息速率表达为：
RU＝Blog2(1+SNRU)；
RE＝Blog2(1+SNRE)；
其中，B为系统带宽。此外，用η表示采集能量信息过程中的损耗，则用户采集到的能量信号可以表示为：
Figure BDA0003180240860000129
因此，系统的安全速率就可以表示为Rsec＝[RU-RE]+。
其中，[RU-RE]+＝max{RU-RE，0}，从而以安全速率为优化目标的安全速率模型P1就可以为：
(P1)
Figure BDA00031802408600001210
s.t.||ω1||+||ω2||≤PA；
EU≥Ereq；
0＜ρ＜1；
0≤θm≤2π；
其中，Ereq为能量阈值。
步骤S230、将安全速率模型进行转换，得到与安全速率模型等价的三个凸问题。
在一些实施例中，为了求解出安全速率模型中的各个变量的最优解，需要在固定其他变量的前提下，分别对每个变量的优化问题进行变形转换将非凸问题转换成凸问题，从而求解基站波束赋形向量、智能反射面的相移向量和功率分割系数这三个系数。
步骤S240、根据能量阈值、基站发射功率、功率分割系数阈值和智能反射面的相移阈值，对三个凸问题进行全局最大化迭代处理，得到SWIPT系统的最大安全速率。
首先，固定安全速率模型中的基站波束赋形向量和智能反射面的相移向量，优化功率分割系数。
令
Figure BDA0003180240860000131
和
Figure BDA0003180240860000132
以及
Figure BDA0003180240860000133
其中，
Figure BDA0003180240860000134
因此，可以将用户和窃听者处的信噪比重新表达为：
Figure BDA0003180240860000135
Figure BDA0003180240860000136
Figure BDA0003180240860000137
和
Figure BDA0003180240860000138
除此之外，
Figure BDA0003180240860000139
和
Figure BDA00031802408600001310
可以得到W1 ＞0，W2＞0和rank(W1)＝rank(W2)＝1。因此，用户和窃听者处的信噪比又可以重新表达为：
Figure BDA00031802408600001311
Figure BDA0003180240860000141
然后安全速率模型P1可以相应的转化成P2：
Figure BDA0003180240860000142
s.t.C1：0＜ρ＜1；
Figure BDA0003180240860000143
然后，对P2中的对数函数进行展开，得到P3：
Figure BDA0003180240860000144
s.t.C1：0＜ρ＜1；
Figure BDA0003180240860000145
对第二项进行一阶泰勒展开并将结果带入P3，可得P4，即得到第一凸问题
Figure BDA0003180240860000146
s.t.C1：0＜ρ＜1；
Figure BDA0003180240860000147
其中，ρ(k)是ρ在第k次迭代时的值。P4可以通过Matlab工具包CVX进行求解，这样功率分割系数的最优值就可以求解得到，并将得到的最优值ρ*将用于其他变量的求解。
其次，固定第一凸问题中得到的最优功率分割系数ρ*和智能反射面的相移向量，对基站波束赋形向量进行等价变化和迭代优化处理。
将P4变形为P5：
Figure BDA0003180240860000151
s.t.(W1，W2)∈W；
其中，
Figure BDA0003180240860000152
Figure BDA0003180240860000153
然后再将P5转化为凸问题，运用如下引理：
考虑函数
Figure BDA0003180240860000154
可以得到
Figure BDA0003180240860000155
并且最优解为t＝1/x。该引理给出了
Figure BDA0003180240860000156
的上界，并且仅当t＝1/x时达到上界。此外令
Figure BDA0003180240860000157
以及t＝tU，然后RU就可以表示为：
Figure BDA0003180240860000158
其中，
Figure BDA0003180240860000159
同样，
Figure BDA00031802408600001510
以及t＝tE，然后RE可以表示为：
Figure BDA00031802408600001511
其中，
Figure BDA00031802408600001512
在忽略对数函数之后，原始问题可以转化为第二凸问题：
Figure BDA00031802408600001513
s.t.C1：(W1，W2)∈W；
C2：tU＞0，tE＞0；
原始问题就转化为了可以直接求解的凸问题，经过交替优化后就可以求得(W1，W2)。
最后，固定第一凸问题中得到的最优功率分割系数ρ*和第二凸问题中得到的最优波束赋形向量(W1，W2)，对智能反射面的相移向量进行等价变化和迭代优化处理。
Figure BDA0003180240860000161
和
Figure BDA0003180240860000162
Figure BDA0003180240860000163
其中，
Figure BDA0003180240860000164
并且
Figure BDA0003180240860000165
除此之外，定义
Figure BDA0003180240860000166
和
Figure BDA0003180240860000167
继而可以推导出
Figure BDA0003180240860000168
以及
Figure BDA0003180240860000169
然后原始问题可以转化为P7：
Figure BDA00031802408600001610
Figure BDA00031802408600001611
Figure BDA00031802408600001612
问题的约束可以进一步表示为
Figure BDA00031802408600001613
其中，
Figure BDA00031802408600001614
Figure BDA00031802408600001615
可以应用之前的引理将问题P7转化为第三凸问题P8：
Figure BDA00031802408600001616
Figure BDA00031802408600001617
C2：zU＞0，zE＞0；
其中，
Figure BDA00031802408600001618
Figure BDA0003180240860000171
通过Matlab工具包CVX，对第三凸问题进行求解，得到智能反射面的相移向量的最优智能反射面的相移向量F。
通过将安全速率模型转换成可以直接求解的三个凸问题，设计出一个交替优化算法，对全局进行优化，使系统的安全速率达到最大，具体算法步骤如下：
首先，将原始变量进行初始化；原始变量包括GAU，GAE，hAU，hAE，σ2，
Figure BDA0003180240860000172
PA，Ereq以及
Figure BDA0003180240860000173
W1 (0)，
Figure BDA0003180240860000174
和ρ(0)。
然后，设置l＝1；开始进行多次重复迭代处理：
第一步：固定
Figure BDA0003180240860000175
W1 (l-1)和
Figure BDA0003180240860000176
求解ρ(l)；
第二步：固定ρ(l)和
Figure BDA0003180240860000177
求解W1 (l)和
Figure BDA0003180240860000178
第三步：固定ρ(l)，W1 (l)和
Figure BDA0003180240860000179
求解
Figure BDA00031802408600001710
设置l＝l+1，继续重复进行上述的第一步至第三步；
最后，直至达到最大迭代次数或所有变量都收敛时停止迭代，即可得到基站波束赋形向量、智能反射面的相移向量和功率分割系数的最优解，从而达到最大的安全速率。
在本发明实施例中，首先，通过接收基站发送的噪声信号和信息信号，然后，基于噪声信号、信息信号、基站发射功率、基站波束赋形向量、智能反射面的相移向量和功率分割系数，构建无线携能通信传输系统的安全速率模型。之后，将安全速率模型进行转换，得到与安全速率模型等价的三个凸问题，最后，根据能量阈值、基站发射功率、功率分割系数阈值和智能反射面的相移阈值，对三个凸问题不断迭代优化处理，确定无线携能通信传输系统的最大安全速率。如此，在无线携能通信传输系统中通过智能反射面独立的反射入射信息，通过引入功率分割系数，可使用户同时采集能量信号和解码信息信号。通过在基站发射信息信号的同时发射噪声信号，通过优化基站波束赋形向量、智能反射面的相移向量和功率分割系数，提高无线携能通信传输系统的物理层的安全速率。
基于上述实施例提供的提高SWIPT系统安全速率的方法，相应地，本发明还提供了应用于该提高SWIPT系统安全速率的方法的提高SWIPT系统安全速率的装置的具体实现方式。请参见以下实施例。
如图3所示，提供了一种提高SWIPT系统安全速率的装置300，该装置包括：
接收模块310，用于接收基站发送的噪声信号和信息信号，其中，噪声信号包括基站直传链路的第一噪声信号和经过智能发射面反射的第二噪声信号；信息信号包括基站直传链路的第一信息信号和经过智能反射面反射的第二信息信号；
构建模型模块320，用于基于噪声信号、信息信号、基站发射功率、基站波束赋形向量、智能反射面的相移向量和功率分割系数，构建SWIPT系统的安全速率模型；
转换模块330，用于将安全速率模型进行转换，得到与安全速率模型等价的三个凸问题；
确定模块340，用于根据能量阈值、基站发射功率、功率分割系数阈值和智能反射面的相移阈值，对三个凸问题进行全局最大化迭代处理，得到SWIPT系统的最大安全速率。
在一种可能的实现方式中，安全速率模型为
Figure BDA0003180240860000181
s.t.||ω1||+||ω2||≤PA；
EU≥Ereq；
0＜ρ＜1；
0≤θm≤2π；
其中：RU为用户处的信息速率，RU＝Blog2(1+SNRU)；SNRU为用户处的信噪比，
Figure BDA0003180240860000191
RE为窃听者处的信息速率，RE＝Blog2(1+SNRE)；SNRE为窃听者处的信噪比，
Figure BDA0003180240860000192
Figure BDA0003180240860000193
hIU和hIE分别为智能反射面到用户和窃听者处的信道参数，HAI为基站到智能反射面的信道矩阵，hIU和hIE分别为智能反射面到用户和窃听者处的信道参数，
Figure BDA0003180240860000194
为智能反射面处的相移向量，θm∈[0，2π]为第m个智能反射面元件的相移；ω1和ω2分别为基站处信息信号和噪声信号的波束赋形向量；B为无线携能通信传输系统的带宽；σ2为加性高斯白噪声，
Figure BDA0003180240860000195
为功率分割过程中产生的加性高斯白噪声；ρ为功率分割系数；EU为用户采集到的能量，
Figure BDA0003180240860000196
Figure BDA0003180240860000197
η表示采集能量过程中的损耗，Ereq为能量阈值，PA为基站发射功率。
在一种可能的实现方式中，功率分割系数为利用功率分割法将用户接收到的信号分成解码信息信号和采集能量信号的系数；
其中，解码信息信号为
Figure BDA0003180240860000198
Figure BDA0003180240860000199
采集能量信号为
Figure BDA00031802408600001910
Figure BDA00031802408600001911
x为基站发射的信息信号和噪声信号，x＝ω1s+ω2a；s～CN(0，1)为信息信号，a～CN(0，1)为噪声信息；n0～CN(0，σ2)为加性高斯白噪声，
Figure BDA00031802408600001912
为功率分割中产生的加性高斯白噪声。
在一种可能的实现方式中，转换模块还用于，固定安全速率模型中的基站波束赋形向量和智能反射面的相移向量，对功率分割系数进行等价变化和迭代优化处理，得到第一凸问题；其中，所述第一凸问题为，
Figure BDA00031802408600001913
Figure BDA0003180240860000201
s.t.0＜ρ＜1；
Figure BDA0003180240860000202
其中，
Figure BDA0003180240860000203
Figure BDA0003180240860000204
Figure BDA0003180240860000205
ρ(k)为功率分割系数ρ在第k次迭代时的值。
在一种可能的实现方式中，转换模块还用于，固定第一凸问题中得到的最优功率分割系数ρ*和智能反射面的相移向量，对基站波束赋形向量进行等价变化和迭代优化处理，得到第二凸问题；其中第二凸问题为，
Figure BDA0003180240860000206
s.t.(W1，W2)∈W；
tU＞0，tE＞0；
其中，
Figure BDA0003180240860000207
Figure BDA0003180240860000208
Figure BDA0003180240860000209
在一种可能的实现方式中，转换模块还用于，固定第一凸问题中得到的最优功率分割系数ρ*和第二凸问题中得到的最优波束赋形向量(W1，W2)，对智能反射面的相移向量进行等价变化和迭代优化处理，得到第三凸问题；其中，第三凸问题为，
Figure BDA0003180240860000211
Figure BDA0003180240860000212
zU＞0，zE＞0；
其中，
Figure BDA0003180240860000213
Figure BDA0003180240860000214
Figure BDA0003180240860000215
图4是本发明实施例提供的终端的示意图。如图4所示，该实施例的终端4包括：处理器40、存储器41以及存储在所述存储器41中并可在所述处理器40上运行的计算机程序42。所述处理器40执行所述计算机程序42时实现上述各个提高SWIPT系统安全速率的方法实施例中的步骤，例如图2所示的步骤210至步骤240。或者，所述处理器40执行所述计算机程序42时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图3所示模块310至340的功能。
示例性的，所述计算机程序42可以被分割成一个或多个模块，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器41中，并由所述处理器40执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序42在所述终端4中的执行过程。例如，所述计算机程序42可以被分割成图3所示的模块310至340。
所述终端4可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端4可包括，但不仅限于，处理器40、存储器41。本领域技术人员可以理解，图4仅仅是终端4的示例，并不构成对终端4的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器40可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述存储器41可以是所述终端4的内部存储单元，例如终端4的硬盘或内存。所述存储器41也可以是所述终端4的外部存储设备，例如所述终端4上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器41还可以既包括所述终端4的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器41用于存储所述计算机程序以及所述终端所需的其他程序和数据。所述存储器41还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个提高SWIPT系统安全速率的方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种提高SWIPT系统安全速率的方法，其特征在于，包括：
接收基站发送的噪声信号和信息信号；其中，所述噪声信号包括基站直传链路的第一噪声信号和经过智能反射面反射的第二噪声信号；所述信息信号包括基站直传链路的第一信息信号和经过智能反射面反射的第二信息信号；
基于所述噪声信号、所述信息信号、基站发射功率、基站波束赋形向量、智能反射面的相移向量和功率分割系数，构建SWIPT系统的安全速率模型；
将所述安全速率模型进行转换，得到与安全速率模型等价的三个凸问题；
根据能量阈值、所述基站发射功率、所述功率分割系数阈值和所述智能反射面的相移阈值，对所述三个凸问题进行全局最大化地迭代处理，得到所述SWIPT系统的最大安全速率；
其中，所述安全速率模型为：
Figure FDA0003549312410000011
s.t.||ω1||+||ω2||≤PA；
EU≥Ereq；
0＜ρ＜1；
0≤θm≤2π；
所述功率分割系数为利用功率分割法将用户接收到的信号分成解码信息信号和采集能量信号的系数；其中，所述解码信息信号为
Figure FDA0003549312410000015
Figure FDA0003549312410000012
Figure FDA0003549312410000013
所述采集能量信号为
Figure FDA0003549312410000016
Figure FDA0003549312410000014
其中，所述将所述安全速率模型进行转换，得到与安全速率模型等价的三个凸问题，包括：
固定所述安全速率模型中的所述基站波束赋形向量和所述智能反射面的相移向量，对所述功率分割系数进行等价变化和迭代优化处理，得到第一凸问题；其中，所述第一凸问题为，
Figure FDA0003549312410000021
s.t.0＜ρ＜1；
Figure FDA0003549312410000022
固定所述第一凸问题中得到的最优功率分割系数ρ*和所述智能反射面的相移向量，对所述基站波束赋形向量进行等价变化和迭代优化处理，得到第二凸问题；其中，所述第二凸问题为，
Figure FDA0003549312410000023
s.t.(W1，W2)∈W；
tU＞0，tE＞0；
其中，
Figure FDA0003549312410000024
Figure FDA0003549312410000025
Figure FDA0003549312410000026
W＝{(W1，W2)|Tr(W1+W2)≤PA；
Figure FDA0003549312410000027
固定所述第一凸问题中得到的最优功率分割系数ρ*和所述第二凸问题中得到的最优波束赋形向量(W1，W2)，对所述智能反射面的相移向量进行等价变化和迭代优化处理，得到第三凸问题；其中，所述第三凸问题为，
Figure FDA0003549312410000028
Figure FDA0003549312410000031
Figure FDA0003549312410000032
其中，
Figure FDA0003549312410000033
Figure FDA0003549312410000034
Figure FDA0003549312410000035
Figure FDA0003549312410000036
Figure FDA0003549312410000037
Figure FDA0003549312410000038
其中，RU为用户处的信息速率，RU＝B log2(1+SNRU)；SNRU为用户处的信噪比，
Figure FDA0003549312410000039
RE为窃听者处的信息速率，RE＝Blog2(1+SNRE)；SNRE为窃听者处的信噪比，
Figure FDA00035493124100000310
Figure FDA00035493124100000311
hIU和hIE分别为智能反射面到用户和窃听者处的信道参数，HAI为基站到智能反射面的信道矩阵，hAU和hAE分别为智能反射面到用户和窃听者处的信道参数，
Figure FDA00035493124100000312
为智能反射面处的相移向量，θm∈[0,2π]为第m个智能反射面元件的相移；ω1和ω2分别为基站处信息信号和噪声信号的波束赋形向量；B为无线携能通信传输系统的带宽；σ2为加性高斯白噪声，
Figure FDA00035493124100000313
为功率分割过程中产生的加性高斯白噪声；ρ为功率分割系数；RU为用户采集到的能量，
Figure FDA00035493124100000314
Figure FDA00035493124100000315
η表示采集能量过程中的损耗，Ereq为能量阈值，PA为基站发射功率；x为基站发射的信息信号和噪声信号，x＝ω1s+ω2a；s～CN(0,1)为信息信号，a～CN(0,1)为噪声信息；n0～CN(0,σ2)为加性高斯白噪声，
Figure FDA00035493124100000316
为功率分割中产生的加性高斯白噪声；
Figure FDA00035493124100000317
Figure FDA0003549312410000041
Figure FDA0003549312410000042
ρ(k)为功率分割系数ρ在第k次迭代时的值。
2.一种提高SWIPT系统安全速率的装置，其特征在于，包括：
接收模块，用于接收基站发送的噪声信号和信息信号，其中，所述噪声信号包括基站直传链路的第一噪声信号和经过智能反射面反射的第二噪声信号；所述信息信号包括基站直传链路的第一信息信号和经过智能反射面反射的第二信息信号；
构建模型模块，用于基于所述噪声信号、所述信息信号、基站发射功率、基站波束赋形向量、智能反射面的相移向量和功率分割系数，构建SWIPT系统的安全速率模型；
转换模块，用于将所述安全速率模型进行转换，得到与安全速率模型等价的三个凸问题；
确定模块，用于根据能量阈值、所述基站发射功率阈值、所述功率分割系数阈值和所述智能反射面的相移阈值，对所述三个凸问题进行全局最大化地迭代处理，得到所述SWIPT系统的最大安全速率；
其中，所述安全速率模型为：
Figure FDA0003549312410000043
s.t.||ω1||+||ω2||≤PA；
EU≥Ereq；
0＜ρ＜1；
0≤θm≤2π；
所述功率分割系数为利用功率分割法将用户接收到的信号分成解码信息信号和采集能量信号的系数；其中，所述解码信息信号为
Figure FDA0003549312410000047
Figure FDA0003549312410000044
Figure FDA0003549312410000045
所述采集能量信号为
Figure FDA0003549312410000048
Figure FDA0003549312410000046
其中，所述转换模块，具体用于：
固定所述安全速率模型中的所述基站波束赋形向量和所述智能反射面的相移向量，对所述功率分割系数进行等价变化和迭代优化处理，得到第一凸问题；其中，所述第一凸问题为，
Figure FDA0003549312410000051
s.t.0＜ρ＜1；
Figure FDA0003549312410000052
固定所述第一凸问题中得到的最优功率分割系数ρ*和所述智能反射面的相移向量，对所述基站波束赋形向量进行等价变化和迭代优化处理，得到第二凸问题；其中，所述第二凸问题为，
Figure FDA0003549312410000053
s.t.(W1，W2)∈W；
tU＞0，tE＞0；
其中，
Figure FDA0003549312410000054
Figure FDA0003549312410000055
Figure FDA0003549312410000056
W＝{(W1，W2)|Tr(W1+W2)≤PA；
Figure FDA0003549312410000057
固定所述第一凸问题中得到的最优功率分割系数ρ*和所述第二凸问题中得到的最优波束赋形向量(W1，W2)，对所述智能反射面的相移向量进行等价变化和迭代优化处理，得到第三凸问题；其中，所述第三凸问题为，
Figure FDA0003549312410000061
Figure FDA0003549312410000062
zU＞0，zE＞0；
其中，
Figure FDA0003549312410000063
Figure FDA0003549312410000064
Figure FDA0003549312410000065
Figure FDA0003549312410000066
Figure FDA0003549312410000067
Figure FDA0003549312410000068
其中，RU为用户处的信息速率，RU＝Blog2(1+SNRU)；SNRU为用户处的信噪比，
Figure FDA0003549312410000069
RE为窃听者处的信息速率，RE＝Blog2(1+SNRE)；SNRE为窃听者处的信噪比，
Figure FDA00035493124100000610
Figure FDA00035493124100000611
hIU和hIE分别为智能反射面到用户和窃听者处的信道参数，HAI为基站到智能反射面的信道矩阵，haU和hAE分别为智能反射面到用户和窃听者处的信道参数，
Figure FDA00035493124100000612
为智能反射面处的相移向量，θm∈[0,2π]为第m个智能反射面元件的相移；ω1和ω2分别为基站处信息信号和噪声信号的波束赋形向量；B为无线携能通信传输系统的带宽；σ2为加性高斯白噪声，
Figure FDA00035493124100000613
为功率分割过程中产生的加性高斯白噪声；ρ为功率分割系数；EU为用户采集到的能量，
Figure FDA00035493124100000614
Figure FDA00035493124100000615
η表示采集能量过程中的损耗，Ereq为能量阈值，PA为基站发射功率；x为基站发射的信息信号和噪声信号，x＝ω1s+ω2a；s～CN(0,1)为信息信号，a～CN(0,1)为噪声信息；n0～CN(0,σ2)为加性高斯白噪声，
Figure FDA0003549312410000071
为功率分割中产生的加性高斯白噪声；
Figure FDA0003549312410000072
Figure FDA0003549312410000073
Figure FDA0003549312410000074
ρ(k)为功率分割系数ρ在第k次迭代时的值。
3.一种终端，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上的权利要求1中所述方法的步骤。
4.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上的权利要求1中所述方法的步骤。
CN202110845187.5A 2021-07-26 2021-07-26 提高swipt系统安全速率的方法、装置、终端及存储介质 Active CN113382445B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110845187.5A CN113382445B (zh) 2021-07-26 2021-07-26 提高swipt系统安全速率的方法、装置、终端及存储介质

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110845187.5A CN113382445B (zh) 2021-07-26 2021-07-26 提高swipt系统安全速率的方法、装置、终端及存储介质

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113382445A CN113382445A (zh) 2021-09-10
CN113382445B true CN113382445B (zh) 2022-04-29

Family

ID=77582858

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110845187.5A Active CN113382445B (zh) 2021-07-26 2021-07-26 提高swipt系统安全速率的方法、装置、终端及存储介质

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113382445B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114125898B (zh) * 2021-11-10 2023-06-16 广东工业大学 基于双智能反射平面的swipt系统物理层安全优化方法
CN114124258A (zh) * 2021-11-30 2022-03-01 中央民族大学 一种最大化安全传输速率的方法
CN114172547B (zh) * 2021-12-16 2023-03-21 华南理工大学 基于智能反射面的无线携能通信混合预编码设计方法
CN114257286B (zh) * 2021-12-24 2023-05-23 华南理工大学 一种基于智能反射面wpcn系统的物理层安全通信方法
CN116015374B (zh) * 2022-12-09 2024-03-22 大连理工大学 智能反射面辅助的非正交多址接入携能网络安全波束赋形方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112073102A (zh) * 2020-09-08 2020-12-11 郑州大学 一种基于irs的安全波束成形方法与装置
CN113037346A (zh) * 2021-03-12 2021-06-25 重庆邮电大学 Irs与人工噪声辅助的mimo系统物理层安全设计方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110602777B (zh) * 2019-08-28 2022-04-26 华北电力大学（保定） 一种cr-noma双向中继自干扰能量回收传输方法
CN111447618B (zh) * 2020-03-13 2022-07-22 重庆邮电大学 一种基于安全通信的智能反射面能效最大资源分配方法
CN112290995B (zh) * 2020-11-06 2022-06-21 郑州大学 星地集成网络中基于安全能效的波束设计方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112073102A (zh) * 2020-09-08 2020-12-11 郑州大学 一种基于irs的安全波束成形方法与装置
CN113037346A (zh) * 2021-03-12 2021-06-25 重庆邮电大学 Irs与人工噪声辅助的mimo系统物理层安全设计方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113382445A (zh) 2021-09-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113382445B (zh) 提高swipt系统安全速率的方法、装置、终端及存储介质
CN111817768B (zh) 一种用于智能反射表面无线通信的信道估计方法
CN113747442B (zh) 基于irs辅助的无线通信传输方法、装置、终端及存储介质
CN113726383A (zh) 一种智能反射面辅助的无线通信系统
CN112533274B (zh) 一种室内太赫兹bwp和功率调度方法及装置
CN113810908B (zh) Mec系统安全卸载方法、设备及mec系统
CN105044689A (zh) 一种基于频控阵的射频隐身方法及设备
CN114338302A (zh) 一种基于毫米波联合结构的智能反射面两级信道估计方法
KR20200062653A (ko) 다중 안테나 다중 사용자 간섭채널에서 기계학습 기반 빔포밍 방법 및 장치
CN113490223A (zh) 一种基于irs的无线供能反向散射通信方法及系统
RU2628015C1 (ru) Полнодуплексная антенна и мобильный терминал
US20180351656A1 (en) Methods, systems, and devices for high throughput acoustic transmission
CN114599044B (zh) 基于智能反射面技术的认知网络中波束赋形优化方法
CN114786189B (zh) 一种智能超表面辅助的室内通信方法
CN114158050B (zh) 提高wpt-mec系统安全计算性能的方法、装置及系统
CN116709538A (zh) 一种双ris协作辅助的noma系统上行传输方法及装置
CN113498160B (zh) 提升d2d通信安全的方法、设备和计算机可读存储介质
CN116419245A (zh) 一种基于智能反射面辅助的速率分割多址接入的多小区通信系统能效优化方法
CN106304393A (zh) 接入方法、辅助接入方法、及其装置
CN113067813B (zh) 基于频控阵的物理层安全传输优化方法和装置
CN111565431B (zh) 基于神经网络的swipt认知无线电网络的中继选择方法及装置
CN111555786B (zh) 最优波束对搜索方法、装置、计算机设备及存储介质
CN114665931A (zh) 一种基于Massive MIMO系统的普适性非均匀平面阵列设计方法
CN114125900A (zh) 智能表面辅助跳频传输的通信方法、装置、设备及介质
Li et al. Min-Max Latency Optimization for Intelligent Reflecting Surface-Assisted Mobile Edge Computing

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant