K用户干扰信道中鲁棒波束成形与人工噪声设计用于无线信息和功率传输

"这篇研究论文探讨了在K用户干扰信道中，同时进行无线信息和功率传输时的鲁棒波束成形与人工噪声设计。文章由Yuan Ren、Jian Zhou和Hui Gao等人撰写，来自北京邮电大学信息与通信工程学院。面对一个被能量接收器（外部窃听者）窃听的安全用户，研究者在只有不完全的窃听者信道状态信息（ECSI）的情况下，旨在最大化安全用户的最坏情况下的秘密率，同时确保每个发射机的个体功率约束，无窃听节点的服务质量要求以及能量接收器的能量收集需求。通过采用椭圆不确定性模型处理不完美的ECSI，设计目标被重新表述为一个两阶段优化问题，并可以有效地解决。" 在无线通信领域，无线信息和功率传输（SWIPT）已经成为一个热门的研究方向，因为它允许设备同时接收信息和能源，这对于物联网设备和远程传感器网络尤其重要。本文关注的是K用户干扰信道，这是一个多用户通信环境，其中多个发送器向多个接收器发送信号，而这些信号可能会相互干扰。 波束成形是无线通信中的关键技术，它通过调整发射天线阵列的信号相位来集中能量，以增强信号在特定方向上的传输，同时减少其他方向的干扰。在有窃听者存在的情况下，鲁棒波束成形是必要的，以确保信息的安全性。通过优化波束成形策略，可以定向信号以避开窃听者，提高秘密率。 人工噪声（Artificial Noise, AN）是另一种对抗窃听的策略，它在传输有用信息的同时，向窃听者引入额外的干扰，降低其解码信息的能力。在本研究中，AN的设计与波束成形相结合，以进一步增强安全性。 论文考虑了只有不完美ECSI的情况，这是实际通信系统中的常见问题，因为获取所有接收器的精确信道状态信息往往是困难的。作者采用了椭圆不确定性模型来处理这种不确定性，这是一种数学工具，能够描述信道估计的误差范围。 优化问题的两阶段方法可能涉及到第一阶段优化波束成形向量，以最大限度地减少对窃听者的泄露信息，同时满足功率约束；第二阶段则可能涉及AN的生成，以进一步提高秘密率。这种方法的优点在于它可以分解复杂问题，使其更容易求解。 该论文提出了一个创新的解决方案，以应对SWIPT系统中面临的挑战，特别是在有窃听威胁的情况下。通过鲁棒的波束成形和人工噪声设计，可以提高系统的安全性，并确保在不确定环境下有效地分配和利用有限的无线资源。这一研究对于无线通信的未来设计具有重要的理论和实践意义。