AN辅助多用户MIMO SWIPT安全波束成形与功率分配策略

"该文探讨了在多用户MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）安全无线信息与功率传输（SWIPT, Wireless Information and Power Transfer）系统中，采用人工噪声（Artificial Noise, AN）辅助的安全策略。文章提出了联合优化传输波束形成矩阵、AN协方差矩阵以及功率分割比的方法，旨在在满足目标保密率、总发射功率和能量收集约束条件下，最小化发射功率。文中指出，原问题是一个非凸问题，通过两层分解方法来解决。内层问题通过半定规划（Semi-Definite Relaxation, SDR）求解，而外层问题则被证明为一元变量优化问题，可通过一维线性搜索求解。为了降低计算复杂度，还提出了一种序列参数凸近似方法，用于寻找接近最优解的解决方案。" 这篇研究论文深入研究了在多用户MIMO安全通信系统中，如何利用AN辅助技术提高系统的安全性。AN通常被用来干扰潜在的窃听者，从而增强合法用户的信号质量，提高通信安全性。在这种系统中，同时实现信息传输和能量采集是一个挑战，因为需要在保证通信质量和能量效率之间找到平衡。 文章的主要贡献在于提出了一个联合优化策略，包括对发射端的波束形成、AN的生成策略以及接收端的能量采集过程中的功率分割进行协同设计。波束形成用于精确地指向目标接收器，减少信息泄露到潜在的窃听者；AN的生成则是为了进一步干扰非授权接收者；功率分割则涉及如何在信息解码和能量收集之间分配接收到的信号功率。 由于原问题的非凸性，作者采用了分解方法来处理。首先，通过SDR技术处理内层问题，这是一种广泛用于处理非凸优化问题的技术，它通过对原问题的松弛，将其转化为可以求解的凸问题。然后，外层问题被简化为一元变量优化，这可以通过一维搜索算法快速解决。此外，为了解决计算复杂度问题，还提出了一种序列参数凸近似方法，这种方法可以在保证一定精度的同时，减少计算负担。 这篇论文为AN辅助的多用户MIMO SWIPT系统的安全性和能效优化提供了理论基础和实用方法，对于未来无线通信网络的设计和优化具有重要的指导意义。