[发明专利]面向3D大规模MIMO系统的利用垂直维度进行SWIPT的传输方法

说明书

本发明提供了面向3D大规模MIMO系统的利用垂直维度进行SWIPT的传输方法。所述面向3D大规模MIMO系统的利用垂直维度进行SWIPT的传输方法包括如下步骤：步骤一：当迭代次数k＝1时，初始化拉格朗日乘子和步骤二：当迭代次数k＝2,...,N，其中N为最大迭代次数，由和得到PS比和天线下倾角步骤三：由和使用CVX软件得到功率分配系数和AN的协方差V^k；步骤四：由和V^k，更新和步骤五：当k＝N时，迭代结束，有优化值V^*＝V^N。

技术领域

本发明属于无线通信技术技术领域，具体地涉及面向3D大规模MIMO系统的利用垂直维度进行SWIPT的传输方法。

背景技术

SWIPT近年来在各种无线通信系统中得到了广泛的研究。它为功率受限的无线设备提供可靠和永久的能量支持，以避免有线充电或更换电池，从而确保无线通信的可持续性和移动性。此外，由于信息和功率信号由同一射频波承载，因此通信系统的频谱效率也得到提高。为了在实践中实现SWIPT，接收信号分别分为两个不同的部分，即信息解码(ID)和能量收集(EH)。PS是用于共址信息和能量接收器的一种实用技术，其实现瞬时SWIPT并减少过程延迟。

然而，由于无线信道的开放性，在SWIPT期间可能发生潜在的信息泄露。每个用户是期望用户的潜在窃听者(ED)，其意图从基站(BS)接收信息。传统的上层加密技术可用于提高安全性，但是它们具有高计算复杂性并且消耗大量能量。最初用于给设备充电的传输能量现在用于加密和解密。因此，密码学不是非常经济和节能。物理层安全是保证安全通信的有效替代方案。结构化冗余被添加到可以解码机密消息的预期用户的发送信号中，而ED几乎收不到任何信息。在SWIPT系统中，这种扰乱ED的信号可以被用户收集作为能量。人工噪声(AN)是有意识地混淆ED的有效方法之一。此外，传输设计有助于将传输的信号聚焦在预期用户的方向上，并防止功率泄漏到ED。

大规模MIMO提供极窄的波束，BS部署数百个天线。它可以补偿SWIPT的传播损耗并提高功率传输效率。此外，它具有很大的物理层安全潜力。安全SWIPT已经在大规模MIMO系统中进行了研究。在大规模MIMO安全系统中，被动ED对安全容量的影响可以忽略不计，因为大规模MIMO系统带来的巨大阵列增益和信道强化使得预期用户的信号强度远大于ED的信号强度。ED采取的对策是保持主动模式而不是被动模式。

发明内容

本发明的目的是构建面向3D大规模MIMO系统的利用垂直维度进行SWIPT的传输方法。

本发明采用的技术方案是：面向3D大规模MIMO系统的利用垂直维度进行SWIPT的传输方法包括如下步骤：

步骤一：当迭代次数k＝1时，初始化拉格朗日乘子和

步骤二：当迭代次数k＝2,...,N，其中N为最大迭代次数，由和得到PS比和天线下倾角

步骤三：由和使用CVX软件得到功率分配系数和AN的协方差V^k；

步骤四：由和V^k，更新和

步骤五：当k＝N时，迭代结束，有优化值V^*＝V^N。

优选地，有效利用垂直维度来确保大规模MIMO SWIPT系统中的安全传输，其中信道为莱斯衰落信道；每个用户采用PS技术来分离信息和能量，每个用户都被视为期望用户的潜在窃听者；基站采用AN来迷惑窃听行为；

至少有一个窃听者的AoD与期望用户相等，所以这种类型的窃听者的接收信号在莱斯信道下是高度相关的；因基站配置3D定向天线，根据用户的位置调整下倾角，这样可以利用垂直维度，获取较高的性能增益；

迭代算法联合优化天线下倾角、功率分配、AN协方差和PS比；