【摘 要】
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在无线通信网络的发展过程中,两个关键性问题值得深入研究。第一是传统无线网络存在能量受限问题。研究表明,利用射频信号能携带能量的特点,无线供能通信网络（Wireless Powered Communication Network,WPCN）能在传信的过程中向终端供电,是一种非常有希望和吸引力的无线网络能量受限问题解决方案。第二是信息在无线信道中的安全传输问题。物理层安全（Physical Layer
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在无线通信网络的发展过程中,两个关键性问题值得深入研究。第一是传统无线网络存在能量受限问题。研究表明,利用射频信号能携带能量的特点,无线供能通信网络（Wireless Powered Communication Network,WPCN）能在传信的过程中向终端供电,是一种非常有希望和吸引力的无线网络能量受限问题解决方案。第二是信息在无线信道中的安全传输问题。物理层安全（Physical Layer Security,PLS）技术是一项利用无线信道物理特性的内生安全机制,有效弥补传统加密技术的不足,广泛应用于信息安全领域。智能反射面（Intelligent Reflecting Surfaces,IRS）是近几年兴起的一项应用于无线通信领域的技术,通过利用其表面阵元的反射特性,靶向地增强或削弱特定信号,可有效改善无线通信网络的各项性能。将IRS应用于物理层安全,有望将无线网络的安全性提升至新台阶。本文主要的工作内容概述如下:1、首先针对含有一个终端节点和一个窃听端的多输入单输出（Multiple Input Single Output,MISO）WPCN通信系统物理层安全问题,提出了一种基于IRS辅助的物理层安全通信资源分配方案。该方案以系统保密通信容量最大化为目标,对基站能量波束成形向量、IRS能量反射系数、IRS信息反射系数进行联合优化。该问题中存在多个优化变量的耦合,在数学上是很难求解的非凸问题。论文采用轮换寻优（Alternating Optimization,AO）技术,将多变量耦合问题转化为多个含单一变量的子问题,并利用分式规划、半定松弛（Semidefinite Relaxation,SDR）技术等将非凸问题转化为凸优化问题求解。仿真结果表明所提出的IRS辅助WPCN通信方案能显著提升系统保密通信容量,验证了IRS辅助物理层安全传输的可行性。2、其次针对含有多个终端节点MISO WPCN系统物理层安全问题,提出一种IRS辅助物理层安全通信的时分多址（Time Division Multiple Access,TDMA）资源分配方案。该方案以系统保密通信容量最大化为目标,对基站能量波束成形向量、IRS能量与信息反射系数、时间分配因子进行联合优化。目标函数中存在多个变量的耦合问题,求解十分困难。论文首先采用AO技术对优化变量进行解耦;再利用一阶泰勒展开,半定规划（Semidefinite Programming,SDP）等凸优化方法,将非凸原问题转为可解的凸优化问题;最后设计连续凸逼近（Successive Convex Approximation,SCA）算法迭代寻找次优解,并且发现解出的次优解与原问题的最优解一致。仿真结果显示使用所提优化方案能显著提升WPCN系统的安全性能,另外发现在合法信道的信道质量比较差的情况下系统依然有非常好的安全性能。
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