This paper studies a wireless powered relaying (WPR) system in which a source transmits an information signal to a destination with the help of an energy constrained relay in the presence of an eavesdropper. This work considers a scenario in the full-duplex WPR system where the information transmission/reception and the energy harvesting are performed simultaneously at the relay. For the case in which global channel state information is available, we formulate a joint optimization problem of artificial-noise-aided secure beamforming to maximize the achievable secrecy rate. Then, an efficient semi-definite relaxation (SDR) based algorithm is proposed to obtain the optimal beamforming. Furthermore, we also propose two suboptimal beamforming but low computational complexity schemes. Comparisons are carried out among the performances of the proposed optimal and suboptimal schemes. For the case in which only statistical information on the eavesdropper channel is available, the secrecy outage probability and its upper bound are obtained when beamforming vectors are designed in a heuristic manner. Then, the power allocation between the information signal and artificial noise is studied to minimize the secrecy outage probability.
본 논문에서는 도청자가 있는 환경에서 송신기가 전이중 중계기의 도움을 받아 수신기에 정보를 전송하는 무선 중계 시스템을 연구한다. 이 연구에서 제안된 전이중 중계기는 배터리 없이 무선으로 전력을 공급 받아 송신기로부터 받은 정보를 수신기에 전송한다. 즉, 중계기에서 정보의 송수신과 에너지 하베스팅이 동시에 이루어지는 시나리오를 고려한다. 먼저 모든 채널의 상태 정보를 이용 할 수 있는 경우, 보안 전송률을 최대화하기 위한 중계기에서의 보안 빔 형성에 대해 연구한다. 최적의 보안 빔을 얻기 위한 효율적인 SDR (semi-definite relaxation) 기반의 알고리즘을 제안하고, 계산 복잡도가 낮은 두 가지 차선 보안 빔 형성 방법들 또한 제안한다. 그리고 제안된 최적 및 두 가지 차선 보안 빔 형성 방법들 간의 성능 비교를 수행한다. 도청자의 채널에 관한 통계 정보만 이용 가능한 경우, 휴리스틱 빔 형성 방법으로 빔을 형성 했을 때 보안 실패 확률 및 상계를 구한다. 그리고 이 때 보안 실패 확률을 최소화 하기 위한 정보 신호와 인공 잡음 신호 간에 전력 배분 방법을 연구한다.
