Tối ưu hóa tổng công suất phát trong truyền dẫn vô tuyến đa ăng-ten có đối tượng xâm nhập trái phép
Từ khóa:
Beamforming, SINR, Toàn phương ràng buộc bậc hai QCQP, NP-hard, Lập trình bán nghĩa SDPTóm tắt
Vấn đề tối thiểu công suất cũng được xem là một dạng bài toán beamforming trong truyền dẫn vô tuyến đa ăng-ten và hiện đang thu hút được sự quan tâm của giới nghiên cứu, đặc biệt trong bối cảnh an ninh lớp vật lý – có đối tượng xâm nhập nghe lén. Thực tế cho thấy, các bài toán tối thiểu công suất với hàm mục tiêu không lồi có các điều kiện ràng buộc SNR thuộc lớp bài toán NP-hard nên có độ phức tạp tính toán cao và thường khó xác định được giá trị tối ưu. Cách giải thông thường là chuyển đổi bài toán toàn phương ràng buộc bậc hai (QCQP) sang bài toán lập trình bán nghĩa (SDP) rút gọn kết hợp ngẫu nhiên hoá hoặc có thể giải bài toán bằng một chuỗi SDP. Cả hai cách trên đều làm tăng số biến phụ rất đáng kể dẫn tới gia tăng độ phức tạp tính toán. Trong bài báo này, bài toán QCQP được mô hình hoá thành một chuỗi các bài toán bậc hai để giải trực tiếp chứ không cần chuyển đổi sang ma trận SDP để làm tăng số biến. Kết quả mô phỏng cho thấy giải pháp này cho kết quả gần tối ưu đồng thời giảm đáng kể độ phức tạp tính toán so với các phương pháp truyền thống nêu trên.
Tài liệu tham khảo
Z. Xiao, “Suboptimal Spatial Diversity Scheme for 60 Ghz Milimeter-Wave WLAN”, IEEE Commun. Lett., vol. 17, no. 9, pp. 1790-1793, Sep. 2013
Z. Xiao, C. Zhang, D. Jin, and N. Ge, “GLRT Approach for Robust Burst Packet Acquisition in Wireless Communications,” IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 12, no. 3, pp. 1127–1137, Mar. 2013
P. Apkarian, D. Noll, A. Rondepierre, “Mixed control via nonsmooth optimization”, SIAM J. Control Optimz., vol. 47, no. 3, pp. 1516-1546, 2008.
P. Apkarian, H.D. Tuan, “Concave programming in control theory”, J. of Global Optimization 15(1999), 243-270.
E. Karipidis, T. N. Davidson, and Z.-Q. Luo, “Transmit beamforming for physical-layer multicasting,” IEEE Trans. Signal Processing, vol. 54, no. 6, pp. 2239-2251, June 2006.
E. Karipidis, N. D. Sidiropoulos, and Z.-Q. Luo, “Quality of service and max-min fair transmit beamforming to multiple cochannel multicast groups,” IEEE Trans. Signal Processing, vol. 56, no. 3, pp. 1268-1279, March 2008.
H. H. Kha, H. D. Tuan, and T. Q. Nguyen, “Efficient design of cosine- modulated filter banks via convex optimization,” IEEE Trans. Signal Processing, vol. 57, no. 3, pp. 966-976, March 2009.
A.H. Phan, H.D. Tuan, H.H. Kha, “New optimized solution method for beamforming in cognitive multicast transmission”, Vehicular Technology Conference (VTC Fall), 2010.
T. Phan, A. Vorobyov, N. D. Sidiropoulos, and C. Tellambura, “Spectrum sharing in wireless networks via qos-aware secondary multicast beamforming,” IEEE Trans. Signal Processing, vol. 57, no. 6, pp. 2323 - 2335, June 2009.
N.D. Sidiropoulos, T.N. Davidson, Z.-Q. Luo, “Transmit bemforming for physical-layer multicasting”, IEEE Trans. Signal Processing, vol. 54, no. 6, pp. 2239-2251, 2006.
H.D. Tuan, P. Apkarian, S. Hosoe, H. Tuy,” D.C. optimization approach to robust controls: the feasibility problems”, International Journal of Control 73(2000), 89-104.
H. Tuy, “Convex Analysis and Global Optimization”, Kluwer Academic, 2000.
L. Dong, Z. Han, A. Petropulu, and H. V. Poor, “Secure wireless communications via cooperation,” in Proc. 46th Annu. Allerton Conf. Commun., Control, Comput., pp. 1132–1138, Sep. 2008
Y. Yang, Q. Li, W. K. Ma, J. Ge and P. C. Ching, “Cooperative Secure Beamforming for AF Relay Networks With Multiple Eavesdroppers,” IEEE Signal Process. Lett, vol. 20, no. 1, pp. 35– 38, Jan. 2013.
Sanenga, Abraham, Galefang A. Mapunda, Tshepiso M.L. Jacob, Leatile Marata, Bokamoso Basutli, and Joseph M. Chuma, "An Overview of Key Technologies in Physical Layer Security" Entropy 22, no. 11: 1261, 2020.
A. H. Phan, H. D. Tuan, H. H. Kha and D. T. Ngo, "Nonsmooth Optimization for Beamforming in Cognitive Multicast Transmission," 2010 IEEE Global Telecommunications Conference GLOBECOM 2010, 2010, pp. 1-5, doi: 10.1109/GLOCOM.2010.5683915.
A. H. Phan, H. D. Tuan, H. H. Kha and D. T. Ngo, "Nonsmooth Optimization for Efficient Beamforming in Cognitive Radio Multicast Transmission," in IEEE Transactions on Signal Processing, vol. 60, no. 6, pp. 2941-2951, June 2012, doi: 10.1109/TSP.2012.2189857.
J. Lofberg, "YALMIP: a toolbox for modeling and optimization in MATLAB," 2004 IEEE International Conference on Robotics and Automation (IEEE Cat. No.04CH37508), 2004, pp. 284- 289, doi: 10.1109/CACSD.2004.1393890.
Jos F. Sturm, “Using SeDuMi 1.02, A Matlab toolbox for optimization over symmetric cones”, Optimization Methods and Software, 11:1-4, 625-653, DOI: 10.1080/10556789908805766. Nghiên cứu khoa học công nghệ
Trần Hoàng Linh, Nguyễn Huy Hoàng, Phan Huy Anh, Trần Đình Thông, “Ứng dụng kỹ thuật tối ưu hóa cho bài toán Beamforming trong truyền dẫn vô tuyến với bối cảnh đảm bảo an ninh lớp vật lý”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Tập 56, Số 5, tháng 10 – 2020
