可升降可旋转天线阵列的海上方向调制：Transformer方案以约90%功率节省和87%天线节省提升最差保密速率

提出一种面向海上通信的可升降、可旋转天线阵列架构，其实现复杂度低于6D可移动天线，并在建模中纳入收发机硬件损伤，以最差情况保密速率最大化为目标联合优化阵列高度、阵列朝向、天线朝向与预编码向量。 既有天线移动性研究多面向陆地场景，且通常只涉及天线单元的小尺度移动；本文将高度可调与阵列/单元可旋转的物理自由度引入海上物理层安全设计，并把硬件损伤纳入优化模型。 贡献以系统模型与问题表述形式给出：给出阵列旋转与升高的位置表达式、含硬件损伤系数的发射与接收信号模型，以及包含QoS、人工噪声零干扰、单位范数、功率分配因子与角度可行域约束的优化问题P1。

针对单用户场景提出交替优化算法，将非凸问题分解为信息预编码、人工噪声预编码、功率分配因子与天线配置四个子问题，其中功率分配因子可闭式求解，天线配置通过朝向合法用户并压低窃听者可达速率来确定。 信息预编码子问题用半定松弛与逐次凸近似求解，人工噪声子问题化为广义瑞利商问题取最大特征向量，功率分配通过一阶导数得到至多两个内部驻点并与边界点比较，从而在有限候选点内取得全局最优。 方法层面给出各子问题的等价变换与求解步骤，并给出复杂度量级：整体复杂度由AO与SCA迭代次数、半定规划求解、特征值分解与功率分配更新构成。

针对多用户场景提出基于Transformer的学习方案，通过自注意力建模信道、用户位置与天线状态之间的耦合关系，并以无监督训练配合在线联合精化来输出预编码与天线配置。 直接扩展交替优化框架到多用户会带来显著计算负担，且不同用户的最优变量通过共享传播环境强相关；该方案用软最小近似最差用户速率并加入QoS与人工噪声惩罚项，在线阶段以可行性判据筛选候选解。 训练与推理流程以损失函数、惩罚项、Adam更新式、可行性条件与复杂度阶数给出；仿真中该方案在不同天线数、用户数与窃听者数下总体取得更高的最差用户保密速率。

仿真显示优化阵列高度、阵列朝向与天线朝向可提升保密速率，但仅靠升高天线带来的增益受路径损耗限制；以最差保密速率5 bps/Hz为参考，相比各向同性天线，所提方案可降低约10 dB发射功率（约90%功率节省），阵列规模可从约128个单元降至约16个单元（约87%天线节省），并在保证约2 bps/Hz最差保密速率时把支持用户数从约3个增至约5个（约提升67%）。 结果把天线物理自由度的收益量化为功率、天线规模与可服务用户数三个维度的对比，并指出随机天线朝向、各向同性天线与固定功率分配方案的表现相对更低。 结论来自仿真：给出载频3 GHz、路径损耗指数2.2、阴影衰落2 dB、噪声功率-95 dBm、收发机硬件损伤系数相同、Bob最小速率1 bps/Hz等参数设置，并展示收敛曲线以及保密速率随发射功率、天线数、用户数、硬件损伤系数、信道估计误差与天线方向性因子变化的趋势。

该结果面向海上通信场景，适用于基站配备可升降、可旋转平面阵列、用户与窃听者均为单天线且位于最大传输距离内的设定；其收益在发射功率与天线数增加时更明显，在用户数、硬件损伤与信道估计误差增大时下降。对读者而言，这提供了一条把天线物理自由度纳入物理层安全设计的思路：在长距离海上链路中，阵列与单元朝向的联合调整比单纯升高天线更能提升保密速率，而升高天线的主要价值在于扩展可见距离与改善传播可达性。

仿真结论依赖所采用的海上信道模型与参数设置，实际海况、天线机械精度与信道估计误差分布可能改变收益幅度；硬件损伤系数在仿真中设为收发相同，实际器件差异的影响仍需进一步考察；多用户方案涉及离线训练与在线精化，其在不同场景规模下的训练成本与可行性判据阈值如何影响最终保密速率，是读者可继续关注的方向。