27264

شكل‌دهي پرتو مبتني بر ارسال نويز مصنوعي در سيستم‌هاي مجهز به ارسال همزمان انرژي و اطلاعات با به‌كارگيري سطوح بازتابنده هوشمند

كارشناسي ارشد

مهندسي برق- مخابرات ـ سيستم

1397

1401/2/14

سيد محمد رضوي زاده

مهندسي برق

افزايش ظرفيت شبكه و اتصال بي‌سيم منجر به معرفي فناوري‌هاي متفاوتي شده است. با اين وجود، مصرف انرژي در شبكه و هزينه‌هاي مربوط به سخت‌افزار مباحث مهمي هستند كه در سيستم‌هاي عملي نيازمند توجه بيشتري هستند. سطوح بازتابنده هوشمند (IRS) يك فناوري جديد است كه از تعدادي عناصر بازتابنده غير فعال تشكيل شده است كه هركدام به‌صورت مجزا مي‌توانند فازهاي متفاوتي براي سيگنال داشته باشند. از سوي ديگر تكنيك ارسال همزمان اطلاعات و توان بي‌سيم (SWIPT) براي دستگاه‌هاي با طول عمر محدود و يا با ابعاد كوچك، به عنوان راه حلي مناسب مطرح شده است كه مزايايي همچون افزايش بازدهي انرژي و كاهش تداخل را به‌همراه دارد. با توجه به ماهيت انتشاري كانال‌هاي بي‌سيم، امنيت لايه فيزيكي مبحث ديگري است كه در شبكه‌هاي بي‌سيم از اهميت بالايي برخوردار است. برقراري ارتباط امن در سيستم‌هاي SWIPT با چالش‌هاي متفاوتي روبه‌رو است و معرفي راه حل هاي مناسب براي بر طرف كردن اين چالش‌ها، امري ضروري مي‌باشد. در اين پايان‌نامه به بررسي ارتباط فروسو يك سيستم SWIPT متشكل از يك ايستگاه پايه ، يك IRS و تعدادي گيرنده مي‌پردازيم. در هر ارسال تنها يكي از گيرنده‌ها مجاز به دريافت اطلاعات است و ديگر گيرنده‌ها تنها مجاز به برداشت انرژي هستند. گيرنده‌ها از نوع تقسيم‌ توان (PS) هستند كه سيگنال دريافتي را به دو بخش به‌منظور برداشت انرژي و كدگشايي اطلاعات تقسيم مي‌كند. مدل گيرنده‌ها براي برداشت انرژي، غيرخطي درنظر گرفته شده است كه قابل استفاده در سيستم هاي عملي مي‌باشد. پارامترهاي مسئله بهينه‌سازي شامل بردار شكل‌دهي پرتوي ارسالي، بردار نويز مصنوعي ، عناصر بازتابنده IRS و ضريب جداسازي توان در گيرنده‌ها است. هدف مسئله بهينه‌سازي كمينه كردن مجموع توان ارسالي در سمت ايستگاه پايه مي‌باشد. مسئله حاصل غير محدب است و براي حل آن، مسئله را به دو زيرمسئله تقسيم كرده و پس از حل هر زيرمسئله به‌صورت جداگانه، به كمك الگوريتمي تناوبي مسئله كلي را حل مي‌كنيم. نتايج به ‌دست آمده نشان مي‌دهند كه با استفاده از IRS، مجموع انرژي ارسالي به طور قابل توجهي كاهش يافته در حالي كه نرخ محرمانگي بدون تغيير باقي مي‌ماند.

1401/07/26

AN-aided Beamforming in IRS-assisted SWIPT Systems

5/4/2023 12:00:00 AM

Recently, intelligent reflecting surface (IRS) has been regarded as a promising technique due to its capability to enhance the performance of wireless communication networks in the future. The reflecting elements of the IRS are passive and can reflect the signals toward the desired direction without generating additional noise. By tuning the phase shifts of the IRS, we can strengthen the received signal and enhance wireless propagation channels in a low-cost and energy-efficient manner. On the other hand, simultaneous wireless information and power transfer (SWIPT) technology has been proposed as an effective approach for low-power devices and power-constrained systems in recent years. Furthermore, there are physical layer security concerns in SWIPT systems due to the wireless propagation nature. In this thesis, we study AN-aided beamforming design in an intelligent reflecting surface (IRS)-assisted system empowered by simultaneous wireless information and power transfer (SWIPT) technique. Multiple power splitting (PS) single-antenna users simultaneously receive information and energy from a multi-antenna base station (BS). Although all users are legitimate, in each transmission interval only one receiver is authorized to receive information, and the others are only allowed to harvest power which is considered as unauthorized receivers (URs). To prevent information decoding by unauthorized receivers, artificial noise (AN) signal is transmitted by the BS. We adopt a non-linear model for energy harvesting. The design problem minimizes the total transmit power. Simulation results validate the effectiveness of using IRS.

Mohammad Amin Parhizgar

Seyed Mohammad Razavizadeh