MIMO全双工双向通信的预编码矩阵安全优化设计

本文主要探讨了多输入多输出(MIMO)全双工双向安全通信系统中的预编码矩阵设计。在这样的系统中，合法节点不仅需要高效地接收信息，还要能够在发送保密信息的同时，通过协同发送人工噪声来增强物理层安全。预编码矩阵的设计是实现这一目标的关键，它直接影响到系统的保密性和传输速率。 在理想情况下，即当合法信道和窃听信道的信道状态信息(CSI)完全可得时，研究者采用了差分进化(DC)规划算法，通过优化信息信号和人工噪声的预编码矩阵，以最大化系统的保密性和传输效率。这种方法旨在确保合法通信不受干扰，同时干扰到潜在的窃听者，从而提升系统的安全性。 然而，实际通信环境中，信道CSI可能不完美，这可能导致预编码矩阵设计的挑战。针对这种情况，作者采用了一种最差准则建模策略，考虑了信道不确定性，然后运用加权最小均方误差(WMSE)算法，对预编码矩阵进行稳健设计。这种设计方法能够在不确定的信道条件下，提供一定程度的鲁棒性，确保系统性能在一定程度上保持稳定。 通过计算机仿真，作者验证了优化算法的有效性，结果显示，优化后的预编码矩阵设计显著提高了系统的保密性和传输速率。这对于现代无线通信系统来说，尤其是在需要保障隐私和数据安全的场景下，具有重要的理论和实践价值。 这篇文章深入研究了MIMO全双工双向通信系统中的关键问题，提供了预编码矩阵设计的优化方法，对于推动物理层安全技术的发展，以及在无线通信领域的实际应用具有重要意义。