[发明专利]一种多用户无线网络安全能效优化设计方法和系统

说明书

本发明给出了一种多用户无线网络安全能效优化方法和系统，包括：设置多用户无线网络的基站参数和智能反射面的反射系数；确定智能反射面的反射系数约束条件、发射功率约束条件和安全能量效率；构建最大化网络的安全能量效率的非凸优化问题；对给定的反射系数下的最大化网络的安全能量效率的非凸优化问题中的波束成形矢量和人工噪声向量进行凸优化转换；对给定的波束成形矢量和人工噪声向量下的最大化网络的安全能量效率的非凸优化问题中的反射系数进行凸优化转换；对第一优化子问题和第二优化子问题进行交错迭代处理。本发明能够保证信号波束精确地指向合法用户，抑制在窃听方向的泄露，提高了无线网络能量效率和信息传输安全性。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种多用户无线网络安全能效优化方法和系统。

背景技术

近年来，智能反射面技术已成为提高无线网络覆盖范围和频谱利用率的一种无线通信增强技术。智能反射面具有大量的低功耗、低成本的反射单元，每个反射单元可以独立地控制入射信号的相位以改变信号传播环境。此外，由于智能反射面的金属贴片单元尺寸很小，智能反射面在实际应用中能够连接数百个金属贴片单元，从而提供显著的无源天线增益。当前，无线网络领域已涌现出有关智能反射面的大量研究成果，主要是通过联合主动和被动波束成形设计，提高系统频谱效率。

另一方面，能量效率被认为是评估通信系统性能的一项重要指标，即信息传输速率与总功耗的比值，这一指标表示通信系统单位能量消耗可达到的传输速率，对未来的绿色通信发展具有指导性的意义。近期的研究成果标明，智能反射面作为一种无源器件，可以有效提高系统传输的能量效率。

除了提升无线网络的频谱效率或能量效率之外，智能反射面也可用于改善网络传输的安全性。通过调整智能反射面的相位稀疏，设计合适的反射波束方向，使保密信号精确地发送至合法用户，降低窃听者窃取保密信号的概率。

无线通信网络的安全性能通常用安全速率来衡量，即合法用户信息速率与窃听者信息速率的差值。另一方面，针对同时具有安全传输和能效性要求的无线通信网络，需要采用全新的指标来衡量安全性和能效性传输，因此定义为安全速率与总功耗比值的安全能量效率指标适用于此类网络。目前，基于安全能量效率优化的智能反射面通信仍未得到有效研究。如何合理地设计基站的主动波束成形和智能反射面的被动波束成形，在满足发送功率的限制条件下，最大化系统的安全能效，是当前迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的之一，在于提供一种多用户无线网络安全能效优化方法，该多用户无线网络安全能效优化方法能够保证信号波束精确地指向合法用户，同时抑制在窃听方向的泄露，提高了多用户无线网络的能量效率和信息传输安全性。。

本发明的目的之二，在于提供一种多用户无线网络安全能效优化系统。

为了达到上述目的之一，本发明采用如下技术方案实现：

一种多用户无线网络安全能效优化方法，所述多用户无线网络安全能效优化方法包括如下步骤：

步骤一、设置多用户无线网络的基站参数和智能反射面的反射系数；

步骤二、确定智能反射面的反射系数约束条件、含有抑制窃听者的人工噪声矢量的基站的发射功率约束条件和多用户无线网络的安全能量效率；

步骤三、根据多用户无线网络的安全能量效率、基站的发射功率约束条件和智能反射面的反射系数约束条件，构建最大化网络的安全能量效率的非凸优化问题；

步骤四、对给定的反射系数下的最大化网络的安全能量效率的非凸优化问题中的波束成形矢量和人工噪声向量进行凸优化转换，得到波束成形矢量和人工噪声向量的第一优化子问题；

步骤五、对给定的波束成形矢量和人工噪声向量下的最大化网络的安全能量效率的非凸优化问题中的反射系数进行凸优化转换，得到反射系数的第二优化子问题；