一种有源可重构智能表面辅助通信的安全能效优化方法

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（来 自 马 克 数 据 网） 1.一种有源可重构智能表面辅助通信的安全能效优化方法，其特征在于，包括：获取基站到ARIS、ARIS到合法用户、基站到合法用户、ARIS到窃听者、基站到窃听者的信道状态信息；根据所述信道状态信息计算通信系统的安全传输速率和总功率消耗；通信系统包括基站、ARIS、窃听者和合法用户，其中，所述基站配置M根天线，所述ARIS具有N个反射单元，所述窃听者和合法用户均配置单天线，且合法用户存在硬件损伤；所述安全传输速率的计算包括，在考虑合法用户存在硬件损伤的情况下，所述合法用户接收到的信号表示为：
；其中，表示合法用户接收到的信号，/>表示对基站与合法用户之间的信道参数向量进行共轭转置操作，/>表示对ARIS与合法用户之间的信道参数向量进行共轭转置操作，/>表示ARIS的反射系数，/>表示基站到ARIS各反射单元之间的信道参数矩阵，/>表示基站的波束成形向量，/>表示基站向合法用户发送的信息，/>表示在ARIS处的高斯白噪声，/>表示在合法用户处的高斯白噪声，/>表示由于合法用户存在硬件损伤而产生的失真接收信号，其服从均值为0，方差为/>的复高斯分布，/>表示未失真的接收信号；根据所述合法用户接收到的信号，方差的计算表示为：
；其中，表示失真信号功率与未失真信号功率的比例系数，/>表示N维的单位矩阵，表示在ARIS处的高斯白噪声的方差，/>表示在合法用户处的高斯白噪声的方差，表示对向量取二范数操作；根据所述合法用户接收到的信号，合法用户处的信干噪比表示为：
；设定窃听者不考虑硬件损伤，则所述窃听者接收到的信号表示为：
；其中，表示窃听者接收到的信号，/>表示对基站与窃听者之间的信道参数向量进行共轭转置操作，/>表示对ARIS与窃听者之间的信道参数向量进行共轭转置操作，表示在窃听者处的高斯白噪声；根据所述窃听者接收到的信号，窃听者处的信干噪比表示为：
；其中，表示在窃听者处的高斯白噪声的方差；基于所述合法用户处的信干噪比和所述窃听者处的信干噪比，所述安全传输速率的计算表示为：
；所述总功率消耗的计算包括，所述总功率消耗包括基站处的功率消耗、ARIS处的功率消耗和合法用户的电路功率消耗；根据基站处的波束成形向量，所述基站处的功率消耗表示为：
；其中，表示基站处的电路功率消耗；根据获取的信道状态信息，所述ARIS处的功率消耗表示为：
；其中，表示ARIS每个反射单元的开关和控制电路功率消耗，/>表示ARIS每个反射单元的直流偏置功率消耗，/>，/>表示放大器效率，/>表示对矩阵取F范数操作；所述总功率消耗的计算表示为：
；其中，表示合法用户处的电路功率消耗；基于所述安全传输速率和总功率消耗，在基站发射功率、ARIS放大功率和ARIS振幅的约束下，构建ARIS辅助无线传输系统的安全能量效率最大化问题；所述ARIS辅助无线传输系统的安全能量效率最大化问题的构建包括，基于所述安全传输速率和总功率消耗，在基站发射功率、ARIS放大功率和ARIS振幅的约束下，构建ARIS辅助无线传输系统的安全能量效率最大化问题，表示为：
；其中，表示基站的最大发射功率，/>表示ARIS的最大放大功率，/>表示ARIS第/>个反射单元的振幅，/>表示每个反射单元的最大振幅；将所述安全能量效率最大化问题分解为两个子问题，并设计交替优化算法联合优化波束成形向量和ARIS反射系数；在所述安全能量效率最大化问题中，波束成形向量与ARIS反射系数两个变量相互耦合，难以直接对所述安全能量效率最大化问题进行求解，可将所述安全能量效率最大化问题分解为两个子问题，并采用交替优化算法进行迭代求解；子问题1为固定ARIS反射系数，优化波束成形向量，表示为：
；针对所述子问题1的目标函数，利用Dinkelbach方法将分式形式转化为线性形式，并通过半正定松弛算法松弛秩一约束，将所述子问题1转化为凸优化问题，再使用凸优化工具包CVX对所述凸优化问题进行求解，通过高斯随机化恢复出优化后的波束成形向量；还包括，子问题2为固定波束成形向量，优化ARIS反射系数，表示为：
；针对所述子问题2的目标函数，利用Dinkelbach方法将分式形式转化为线性形式，并通过半正定松弛算法松弛秩一约束，将所述子问题2转化为凸优化问题，再使用凸优化工具包CVX对所述子问题2进行求解，通过高斯随机化恢复出优化后的反射系数；对所述子问题1和所述子问题2进行交替优化，直至目标函数收敛，得到波束成形向量和ARIS反射系数的优化解。