空中IRS辅助的MISO系统安全鲁棒资源分配算法

来源：信号处理杂志 2024年第8期北京时间：

作者：张毅, 魏全松, 徐川, 孙健

摘要：空中智能反射面（Aerial Intelligent Reflecting Surface， AIRS）结合了空中平台与智能反射面（Intelligent Reflecting Surface， IRS）的优势，能被灵活地部署在各种无线网络拓扑中以提高通信系统的性能指标。针对无线传输易受到障碍物阻挡和用户窃听而导致传输质量差和安全性能低的问题，本文提出了一种AIRS辅助的多输入单输出（Multiple-Input Single-Output， MISO）通信系统安全鲁棒资源分配算法。考虑到窃听信道的不确定性，以最大化系统的最坏情况总保密速率为目标，在满足基站最大发射功率约束、AIRS相移约束、AIRS部署位置约束以及合法用户最小保密速率约束的条件下，建立了一个联合设计基站主动波束成形、多个AIRS被动波束成形以及多个AIRS部署位置的多变量资源分配问题。然而，优化变量之间的高度耦合导致所建立的问题是复杂非凸的。为了求解上述非凸问题，首先利用块坐标下降（Block Coordinate Descent， BCD）方法将原问题分解为三个子问题，然后应用变量松弛、罚函数以及连续凸近似（Successive Convex Approximation， SCA）等方法来处理这些非凸子问题，最后提出一种交替迭代算法对原优化问题进行迭代求解。仿真结果表明，所提出的资源分配算法相较于其他基准算法能够更为显著地提高通信系统的最坏情况总保密速率并且具有良好的鲁棒性。这一结果不仅验证了AIRS在实现安全无线通信方面的巨大潜力，同时也突显出合理设计AIRS部署位置及其被动波束成形的重要性。

关键词：智能反射面, 安全通信, 资源分配, 部署优化