利用人工噪声的实用保密

人工噪声辅助的OFDMA系统中的保密信息和功率传输

Artificial Noise Aided Secrecy Information and Power Transfer in OFDMA Systems

本文研究了正交频分多址（OFDMA）系统中信息接收机（IR）和能量接收机（ER）共存的同时无线信息和功率传输（SWIPT）问题。IR被服务于尽力保密数据，并且ER以最小所需的收获功率收获能量。为了提高IR的物理层安全性，同时满足ER的能量收集要求，我们提出了一种新的频域人工噪声（AN）辅助传输策略。在新策略下，我们研究了发送端功率和子载波分配对IR加权和保密率最大化的最优资源分配。所研究的问题被证明是一个混合整数规划问题，因此非凸的，而我们提出了一个有效的算法来解决它的基础上的拉格朗日对偶方法。为了进一步降低计算复杂性，我们还提出了一个次优算法的复杂度较低。仿真结果表明，与其他启发式方案相比，所提出的算法的有效性。

Miso保密通信系统的鲁棒人工噪声辅助发射设计

A Robust Artificial Noise Aided Transmit Design for Miso Secrecy

研究了多个单天线窃听者监听多输入单输出信道时人工噪声辅助的保密率最大化问题。我们假设发射机有完美的知识关于信道的期望用户，但不完善的知识关于信道的窃听者。因此，由此产生的SRM问题的方式，我们最大化的最坏情况下的保密率，通过联合设计的信号协方差${\bf W}$和AN协方差${\bf Σ}$。然而，这种最坏情况的SRM问题原来是难以优化的，因为它是非凸的${\bf W}$和${\bf Σ}$联合。此外，它属于半无限优化问题。通过仔细的重新制定，我们表明，最坏情况下的SRM问题可以通过执行一维线搜索，其中涉及一系列的半定规划（SDP）。此外，我们还表明，最佳的${\bf W}$承认一个秩一结构，这意味着发送波束成形下所考虑的情况下的保密率最优。仿真结果表明，所提出的设计相比，非鲁棒AN设计的鲁棒性和有效性。

再论人工噪声

Artificial Noise Revisited

Goel和Negi提出的人工噪声（AN）方案被认为是多输入多输出（MIMO）窃听信道上安全通信的关键技术之一。然而，由于Eve天线数量的增加而导致的保密率的降低并没有得到很好的理解。在本文中，我们开发了一个分析框架来表征作为夏娃的信噪比（SNR），鲍勃的SNR，在每个终端的天线的数量，和功率分配方案的函数的AN方案的保密率。我们首先推导出一个封闭形式的平均保密率的表达式。然后，我们推导出一个封闭形式的表达式的渐近瞬时保密率与大量的天线在所有终端。最后，我们得到了简单的上下界的平均和瞬时保密率，提供了一个工具，系统的设计。

Securing Downlink Massive MIMO-NOMA Networks with Artificial Noise

In this paper, we focus on securing the confidential information of massive multiple-input multiple-output (MIMO) non-orthogonal multiple access (NOMA) networks by exploiting artificial noise (AN). An uplink training scheme is first proposed with minimum mean squared error estimation at the base station. Based on the estimated channel state information, the base station precodes the confidential information and injects the AN. Following this, the ergodic secrecy rate is derived for downlink transmission. An asymptotic secrecy performance analysis is also carried out for a large number of trans…

非理想CSI条件下人工噪声对空间随机发射的最优功率分配

Optimal Power Allocation for Artificial Noise under Imperfect CSI against Spatially Random Eavesdroppers

在这封信中，我们研究了安全的多天线传输与人工噪声（AN）下不完美的信道状态信息在空间随机分布的窃听者的存在。我们推导出最优的解决方案之间的信息信号和AN的功率分配最小化的秘密中断概率（SOP）下的目标保密率和最大化的保密率下的SOP约束，分别。此外，我们提供了一个有趣的见解，信道估计误差影响的最佳功率分配策略，以相反的方式为上述两个目标。当估计误差增加时，如果我们的目标是降低速率约束的SOP，则应该将更多的功率分配给信息信号，而如果我们的目标是增加SOP约束的保密率，则应该将更多的功率分配给AN。

多天线中继窃听信道中空间随机衰落的噪声辅助传输

Artificial-Noise-Aided Transmission in Multi-Antenna Relay Wiretap Channels with Spatially Random Eavesdroppers

我们设计了一个新的安全传输方案中的中继窃听信道中的源与目的地通过解码和转发中继在空间随机分布的窃听者的存在下进行通信。为了实用起见，我们考虑一个通用的天线配置，其中的源，中继，目的地，和窃听器都配备了多个天线。为了迷惑窃听者，我们假设源和中继器除了发送信息信号之外还发送人工噪声信号。我们首先推导出一个封闭形式的表达式的传输中断概率和一个易于计算的表达式的保密中断概率。值得注意的是，这些表达式对于源、中继和目的地处的任意数量的天线都是有效的。然后，我们推导出简单而有价值的表达式的渐近传输中断概率和渐近保密中断概率，这揭示了保密性能时，在源的天线数量增长足够大。使用我们的表达式，我们量化了一个实用的性能指标，即保密吞吐量，保密中断概率约束下。我们进一步确定的系统和信道参数，最大限度地提高保密吞吐量，导致分析安全解决方案适合现实世界的部署。

用于具有人工噪声、不完全CSI和字母表的保密通信的MIMO DF中继波束形成

MIMO DF Relay Beamforming for Secrecy with Artificial Noise, Imperfect CSI, and Finite-Alphabet

在本文中，我们考虑解码和转发（DF）中继波束形成与不完善的信道状态信息（CSI），合作人工噪声（AN）注入，和有限字母表输入存在的用户和$J$非合谋窃听。源和用户之间的通信由多输入多输出（MIMO）DF中继辅助。我们使用窃听代码由两部分组成的事实：i）公共消息（非秘密）和ii）秘密消息。源发送两个独立的消息：i）公共消息（非秘密），和ii）秘密消息。公共消息以固定速率$R_{0}$发送，并且它是为用户准备的。秘密消息也是为用户准备的，但它应该对$J$窃听者保密。源和MIMO DF中继在单独的功率约束下操作。为了提高保密率，MIMO中继还注入人工噪声。假设所有链路上的CSI是不完美的，并且CSI误差是范数有界的。为了最大化最坏情况下的保密率，我们最大化最坏情况下的链路信息速率的用户服从：i）源和MIMO中继的个人功率约束，以及ii）最好的情况下的链路信息速率的$J$窃听小于或等于$R_{0}$，以支持一个固定的公共消息速率$R_{0}$。数值结果显示的效果完美/不完美的CSI，存在/不存在的AN有限字母输入的保密率。

具有延迟CSIT的MIMO广播信道的保密自由度

Secrecy Degrees of Freedom of MIMO Broadcast Channels with Delayed CSIT

在发送端具有延迟信道状态信息（CSI）的假设下，研究了具有保密信息（BCC）的两用户高斯多输入多输出（MIMO）广播信道的自由度.我们的最佳保密自由度（SDoF）区域的特点，并表明它可以通过一个简单的人工噪声对齐（ANA）计划。该方案在多个时隙上发送叠加有人工噪声的机密消息。利用延迟的CSI，发射机以这样的方式对齐信号，使得有用的消息可以在预期的接收机处被提取，但是在非预期的接收机处被人工噪声完全淹没。所提出的方案可以被解释为一个非平凡的扩展Maddah-Ali Tse（MAT）计划，使我们能够量化的资源开销，或等效的自由度损失，支付的保密通信。

Can Artificial Noise Boost Further the Secrecy of Dual-hop RIS-aided Networks?

In this paper, we quantify the physical layer security of a dual-hop regenerative relaying-based wireless communication system assisted by reconfigurable intelligent surfaces (RISs). In particular, the setup consists of a source node communicating with a destination node via a regenerative relay. In this setup, a RIS is installed in each hop to increase the source-relay and relay-destination communications reliability, where the RISs' phase shifts are subject to quantization errors. The legitimate transmission is performed under the presence of a malicious eavesdropper attempting to compromise…

Artificial Noisy MIMO Systems under Correlated Scattering Rayleigh Fading -- A Physical Layer Security Approach

The existing investigations on artificial noise (AN) security systems assumed that only null spaces is used to send AN signals, and all eigen-subchannels should be used to transmit messages. Our previous work proposed an AN scheme that allocates some of eigen-subchannels to transmit AN signals for improving secrecy rates. Nevertheless, our previous work considered only uncorrelated MIMO Rayleigh fading channels. In fact, the correlations among antennas exist in realistic scattering channel environments. In this paper, we extend our previous AN scheme to spatially correlated Rayleigh fading cha…

Comments on "Precoding and Artificial Noise Design for Cognitive MIMOME Wiretap Channels"

Several gaps and errors in [1] are identified and corrected. While accommodating these corrections, a rigours proof is given that the successive convex approximation algorithm in [1] for secrecy rate maximization (SRM) does generate an increasing and bounded sequence of true secrecy rates and hence converges. It is further shown that its convergence point is a KKT point of the original SRM problem and, if the original problem is convex, this convergence point is globally-optimal, which is not necessarily the case in general. An interlacing property of the sequences of the true and approximate …

窃听信道下广义噪声辅助安全波束形成的保密率研究

On Secrecy Rate of the Generalized Artificial-Noise Assisted Secure Beamforming for Wiretap Channels

在本文中，我们考虑的安全传输在快瑞利衰落信道的主信道的充分知识，只有统计的窃听者的信道状态信息在发送端。对于多输入、单输出、单天线的窃听系统，我们推广了Goel和Negi著名的人工噪声（AN）辅助波束形成，它只是选择方向来发射AN。我们的方案可以注入AN的消息的方向，这优于Goel和Negi的方案，其中AN只注入在正交于主信道的方向。所提出的AN方案的遍历保密率可以表示为一个高度简化的功率分配问题。为了实现这一点，我们证明了最佳的传输方案的消息承载信号是波束形成器，这是对齐的合法信道的方向。在刻画了信号和天线协方差矩阵的最优特征向量后，给出了在主信道上发送天线为最优的必要条件。由于保密率是一个非凸的功率分配问题，我们提出了一个算法来有效地解决这个问题，仿真结果表明，我们的广义AN方案优于Goel和Negi的方案，特别是当合法信道的质量比窃听者信道的质量差得多时。特别地，扩大了具有非零保密率的体制，当应用所提出的AN辅助波束成形时，这可以显著提高安全网络的连通性。

在具有发送端相关的窃听信道中辅助噪声的安全传输

Artificial-Noise-Aided Secure Transmission in Wiretap Channels with Transmitter-Side Correlation

本文首次研究了发射端相关性对人工噪声辅助安全传输的影响，并在此基础上提出了一种新的用于增强物理层安全性的人工噪声功率分配策略。具体来说，我们设计了一个基于相关性的功率分配（CPA）的AN，其中的最优性方面实现最小的保密中断概率的分析证明在大系统政权的发射天线的数量接近无穷大。为了充分揭示CPA的好处，我们推导出易于评估的CPA实现的保密中断概率的表达式。我们的研究表明，CPA是接近最优的，显着优于广泛使用的均匀功率分配（UPA），即使是一个适度的小数目的相关发射天线。此外，我们的数值结果揭示了CPA和UPA之间的根本区别。也就是说，当相关发射天线的数量增加时，CPA的秘密中断概率总是减小，而UPA的秘密中断概率遭受饱和点。

Joint Precoding and Artificial Noise Design for MU-MIMO Wiretap Channels

Secure precoding superimposed with artificial noise (AN) is a promising transmission technique to improve security by harnessing the superposition nature of the wireless medium. However, finding a jointly optimal precoding and AN structure is very challenging in downlink multi-user multiple-input multiple-output (MU-MIMO) wiretap channels with multiple eavesdroppers. The major challenge in maximizing the secrecy rate arises from the non-convexity and non-smoothness of the rate function. Traditionally, an alternating optimization framework that identifies beamforming vectors and AN covariance m…

Downlink Secrecy Rate of One-Bit Massive MIMO System with Active Eavesdropping

In this study, we consider the physical layer security in the downlink of a Massive MIMO system employing one-bit quantization at the base station (BS). We assume an active eavesdropper that attempts to spoiling the channel estimation acquisition at the BS for a legitimate user, whereas overhearing on downlink transmission. We consider the two most widespread methods for degrading the eavesdropper's channel, the nullspace artificial noise (NS-AN) and random artificial noise (R-AN). Then, we present a lower bound on the secrecy rate and asymptotic performance, considering zero-forcing beamformi…

空间选择性噪声辅助的MISO多载波速率最大化传输优化

Spatially Selective Artificial-Noise Aided Transmit Optimization for MISO Multi-Eves Secrecy Rate Maximization

考虑一个被多个窃听者窃听的MISO信道。我们的目标是设计一个人工噪声（AN）辅助传输策略，使可实现的保密率最大化的总和功率约束。AN辅助的安全传输最近被发现是一种很有前途的方法来阻止窃听企图。在许多现有的研究中，机密信息传输协方差和AN协方差没有同时优化。特别地，为了设计方便，通常将AN协方差作为特定种类的空间各向同性协方差的前缀。本文考虑联合优化的发送和AN协方差的保密率最大化（SRM），与设计的灵活性，AN可以采取任何空间模式。因此，所提出的设计具有潜在的干扰窃听更有效地，基于信道状态信息（CSI）。我们通过分析和凸锥优化机制推导出SRM问题的优化方法。我们表明，SRM问题可以重铸为一个单变量优化问题，并由此产生的问题可以有效地处理解决一系列的半定方案。我们的框架涉及多个多天线窃听器的一般设置，并可以满足特定应用场景中产生的额外约束，例如干扰网络中的干扰温度约束。我们还概括了一个不完美的CSI的情况下，最坏情况下的鲁棒SRM制定被认为是框架。一个次优的，但安全的解决方案，停电约束的鲁棒SRM设计也进行了研究。仿真结果表明，所提出的AN辅助SRM设计产生显着的保密率增益比最佳的无AN设计和各向同性的AN设计，特别是当有更多的窃听。

Secrecy Energy Efficiency Optimization for Artificial Noise Aided Physical-Layer Security in OFDM-Based Cognitive Radio Networks

In this paper, we investigate the power allocation of primary base station (PBS) and cognitive base station (CBS) across different orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) subcarriers for energy-efficient secure downlink communication in OFDM-based cognitive radio networks (CRNs) with the existence of an eavesdropper having multiple antennas. We propose a secrecy energy efficiency maximization (SEEM) scheme by exploiting the instantaneous channel state information (ICSI) of the eavesdropper, called ICSI based SEEM (ICSI-SEEM) scheme with a given total transmit power budget for differe…

人工噪声对蜂窝网络的影响：随机几何方法

Impact of Artificial Noise on Cellular Networks: A Stochastic Geometry Approach

研究了多小区蜂窝网络中人工噪声对目标小区保密性能的影响。虽然AN被证明是确保点对点/单小区机密传输的有效方法，但它会增加多小区蜂窝网络中的小区间干扰，这可能会降低网络的可靠性和保密性能。为了分析目标小区的平均保密性能，这是显着的利益，我们采用了混合蜂窝部署模型，其中目标小区是一个固定大小的圆和目标小区外的基站（BS）被建模为一个齐次泊松点过程（PPP）。我们调查的影响AN的可靠性和安全性的用户在目标小区中存在的导频污染，使用随机几何方法。给出了目标小区中其蜂窝用户（CU）的平均连接中断和保密中断的分析结果，便于评估目标小区中随机选择的CU的平均保密吞吐量。它表明，与期望信号和AN之间的优化功率分配，AN方案是一个有效的解决方案，在多小区蜂窝网络中的通信安全。

基于人工干扰的Cache异构网络物理层安全

Artificial Interference Aided Physical Layer Security in Cache-enabled Heterogeneous Networks

缓存流行内容是卸载无线网络中移动数据流量的一种很有前途的方法，但到目前为止，缓存在提高物理层安全性（PLS）方面的潜在优势很少被考虑。在本文中，我们有助于利用用户的缓存能力，以提高PLS在无线异构网络（HetNet）的设计和理论理解。在这样的网络中，基站（BS）通过利用一些可用功率来发送预先缓存的文件，使得仅窃听者的信道被降级，来确保通信的保密性。因此，BS，用户和窃听者的节点位置首先建模为相互独立的泊松点过程（PPP）和相应的文件访问协议的开发。然后，我们推导出两个指标的解析表达式，平均保密率和保密覆盖概率，为建议的系统。数值结果表明，所提出的网络的显着的安全优势，并表征网络资源的保密度量的影响。

安全MIMOME-OFDM系统的时空混合人工噪声设计

Hybrid Spatio-Temporal Artificial Noise Design for Secure MIMOME-OFDM Systems

本文研究了人工噪声注入到一个合法的无线通信系统的时间和空间维度，以确保其传输从潜在的窃听。我们考虑一个多输入单输出（MISO）正交频分复用（OFDM）系统中存在一个单天线被动窃听，并推导出的保密率和平均保密率的合法系统。假设合法发射机知道合法收发机的全部信道信息，但不知道被动窃听者的瞬时信道状态信息。封闭形式的表达的保密率和平均保密率导出的渐近情况下，大量的发射天线。我们还研究了1）数据和AN之间的功率分配; 2）空间和时间AN之间的功率分配。计算机模拟进行评估我们提出的人工噪声方案的性能。

离散输入窃听器OFDM的功率分配和时域人工噪声设计

Power Allocation and Time-Domain Artificial Noise Design for Wiretap OFDM with Discrete Inputs

从信息论的角度出发，在已有的工作中研究了高斯信道输入下正交频分复用（OFDM）窃听信道的最优功率分配问题。然而，这些结果对于实际系统设计是不够的。一个原因是在当前实际的无线系统中部署离散信道输入（诸如正交幅度调制（QAM）信号）而不是高斯信道输入，以维持适度的峰值传输功率和接收机复杂度。本文研究了离散信道输入下OFDM窃听信道的功率分配和人工噪声设计。我们首先证明了离散信道输入的保密率函数是关于传输功率的非凹函数。为了解决相应的非凸保密率最大化问题，我们开发了一个低复杂度的功率分配算法，它产生了一个对偶间隙减少的顺序为O（1/ \sqrt{N}），其中N是OFDM的子载波的数量。然后，我们表明，独立的频域人工噪声不能提高单天线窃听信道的保密率。为此，我们提出了一种新的时域人工噪声的设计，利用时间的自由度提供的OFDM系统的循环前缀{干扰窃听者和提高保密率，即使在发射机的单个天线}。数值结果表明，所提出的设计方案的性能。

人工噪声在保密通信训练和数据传输中的作用

On the Role of Artificial Noise in Training and Data Transmission for Secret Communications

这项工作考虑了物理层保密通信系统中训练和数据传输的联合设计，并研究了人工噪声（AN）在这两个阶段中的作用。特别地，在训练阶段中的AN用于防止窃听者获得准确的信道状态信息（CSI），而在数据传输阶段中的AN可以用于屏蔽机密消息的传输。通过考虑AN辅助训练和保密波束形成方案，我们首先推导出可实现的保密率的界限，并获得在高信噪比下渐近紧的封闭形式近似。然后，通过最大化的近似可实现的保密率，最佳的功率分配之间的信号和AN在训练和数据传输阶段，获得了传统的和AN辅助训练为基础的计划。我们表明，使用AN是必要的，以实现高的保密率在高信噪比，它的使用在训练阶段可以更有效地比在数据传输阶段时的相干时间是大的。然而，在低SNR下，AN的使用没有提供优势，因为在这种情况下难以获得CSI。数值结果验证了我们的理论主张。

Intelligent Reflecting Surface Assisted Secrecy Communication: Is Artificial Noise Helpful or Not?

In this letter, we investigate whether the use of artificial noise (AN) is helpful to enhance the secrecy rate of an intelligent reflecting surface (IRS) assisted wireless communication system. Specifically, an IRS is deployed nearby a single-antenna receiver to assist in the transmission from a multi-antenna transmitter, in the presence of multiple single-antenna eavesdroppers. Aiming to maximize the achievable secrecy rate, a design problem for jointly optimizing transmit beamforming with AN or jamming and IRS reflect beamforming is formulated, which is however difficult to solve due to its …

准静态衰落信道下物理层安全的保密性度量研究

On Secrecy Metrics for Physical Layer Security over Quasi-Static Fading Channels

物理层安全的理论研究通常采用保密中断概率作为准静态衰落信道下无线通信的性能度量。从实际的角度来看，保密中断概率有两个局限性：a）它没有给出任何洞察窃听者的机密消息的可解码性; b）它不能表征当中断发生时，信息泄漏给窃听者的量。受保密中断概率的限制，我们提出了三个新的准静态衰落信道上的安全传输的保密度量。第一个度量建立了保密中断的概念和窃听者的消息的可解码性之间的联系。第二个度量提供了一个基于错误概率的保密度量，它通常用于安全无线系统的实际实现。第三个度量表征了机密信息泄露给窃听者的程度或速度。我们表明，建议的保密指标集体给出了一个更全面的理解衰落信道的物理层安全性，并使人们能够适当地设计安全的通信系统，不同的观点如何保密测量。

人工噪声与人工噪声消除：重新定义物理层安全的缩放定律

Artificial Noise Versus Artificial Noise Elimination: Redefining Scaling Laws of Physical Layer Security

本文研究了人工噪声与人工噪声消除对物理层安全缩放定律的影响，揭示了天线数量间相互制约关系，并提供了系统设计的指导。

分组衰落信道上的保密传输：理论极限和实用码的性能

Secrecy Transmission on Block Fading Channels: Theoretical Limits and Performance of Practical Codes

我们考虑一个系统，其中代理（爱丽丝）的目的是在一组并行通道上向第二个代理（鲍勃）发送消息，同时通过使用物理层安全技术将其从第三个代理（夏娃）保密。我们假设Alice完全知道Bob的信道集合，但她对Eve的信道只有统计知识。我们得出的界限上实现中断保密率，考虑编码内每个通道或所有并行通道。发射功率适应于信道条件，对整个传输的平均功率有约束。我们还专注于可以实现的最大累积中断保密率。此外，为了评估在现实生活中的情况下的性能，我们考虑使用实际的纠错码。在出错率目标和中断概率的基础上，将以前应用于单个加性高斯白噪声信道的安全间隙和模糊率的定义扩展到瑞利分布并行信道。这些指标的界限也来自，考虑到并行通道的统计。数值结果，确认所考虑的物理层安全技术的可行性。

基于全双工信源的噪声辅助安全信道

Artificial-Noise-Aided Secure Channel with a Full-duplex Source

本文考虑了一种新的安全通信场景，其中全双工发送者（Alan）需要向半双工接收者（Bob）发送机密信息，而沉默的窃听者（Eve）试图窃听机密信息。为了实现Alan和Bob之间的保密通信，提出了一种新的两阶段通信方案：在第一阶段，Alan和Bob同时发送人工噪声（AN）;在第二阶段，Alan将第一阶段接收到的AN与自己的保密信号叠加后发送给Bob。由于混合AN可以降低Eve的SINR（信号与干扰和噪声比），但不影响Bob的SINR，因此可以实现保密容量。我们还推导了该方案的保密容量存在的条件，并分析了在瑞利衰落信道下的保密中断概率。数值结果表明，该方案的保密容量约为无AN时的2倍，而中断概率约为无AN时的5倍。

短块长保密码的分析

Analysis of Short Blocklength Codes for Secrecy

在本文中，我们提供了适用于物理层编码技术有限块长度高斯和衰落窃听信道模型的保密度量。我们的指标超越了一些已知的实际保密措施，如误码率和安全差距，使较低的概率保证出错率在短块长度之前和之后的保密解码器。我们的技术是特别有用的情况下，应用传统的信息理论的安全措施是不切实际的或根本还没有理解。这些度量可以帮助实际的系统分析和物理层安全代码的实际系统设计。此外，这些新措施填补了物理层安全编码的实际安全措施的当前景观中的空白，并可能有助于在现实世界系统中广泛采用物理层技术来实现安全性。我们还展示了如何提供新的指标技术，减少现实的信道模型，以更简单的离散无记忆窃听信道等价物，现有的保密码设计可以实现信息理论上的安全。

MISO广播信道中发送端的公共和秘密消息优化

Transmitter Optimization in MISO Broadcast Channel with Common and Secret Messages

在本文中，我们考虑在多输入单输出（MISO）广播信道与公共和秘密消息的发射机优化。该秘密消息是为$K$用户准备的，并且它相对于$J$窃听者以完全保密的方式发送，这些窃听者也被假定为网络中的合法用户。公共消息以固定速率$R_{0}$发送，并且它是为所有$K$用户和$J$窃听者准备的。源在总功率约束下操作。它还注入人工噪声，以提高保密率。我们得到的最佳协方差矩阵与公共消息，秘密消息，和人工噪声，最大化可实现的保密率，同时满足固定的速率$R_{0}$的公共消息。

多用户MIMO高斯广播信道中基于人工噪声辅助的业务集成双目标发射机优化

Artificial Noise-Aided Biobjective Transmitter Optimization for Service Integration in Multi-User MIMO Gaussian Broadcast Channel

该文研究了一种基于人工噪声的多用户MIMO系统综合业务发射设计方法。具体地说，两种服务消息被组合并同时提供：一种是针对所有接收者的多播消息，另一种是仅针对一个接收者的机密消息，并且要求对其他未授权的接收者是完全安全的。我们的兴趣在于联合设计的输入协方差的组播消息，机密消息和人工噪声（AN），使可实现的保密率和组播速率同时最大化。这个问题被确定为一个保密率区域最大化（SRRM）的物理层服务集成的上下文中的问题。由于这个双目标优化问题本身就很复杂，我们提出了两种不同的标量化方法将其转化为标量优化问题。首先，我们建议前缀的组播速率作为一个常数，并相应地，原始的双目标问题转化为一个保密率最大化（SRM）问题与组播服务质量（QoMS）的约束。通过改变常数，我们可以得到不同的Pareto最优点。由此产生的SRM问题可以通过可证明收敛的差分凹（DC）算法迭代求解。在第二种方法中，我们的目标是最大化的保密率和组播速率的加权和。通过改变加权向量，也可以得到不同的Pareto最优点。我们表明，这个加权和率最大化（WSRM）的问题可以重铸成一个原始的可分解的形式，这是适合交替优化（AO）。然后通过理论分析和数值模拟比较了这两种标量化方法的总体性能和计算复杂性，并在此基础上得出了新的见解。

基于随机几何的D2D网络安全增强技术比较

Stochastic Geometry-based Comparison of Secrecy Enhancement Techniques in D2D Networks

这封信提出了两种流行的保密增强技术在无线网络中的性能比较：（一）创建保护区，通过限制合法发射机的传输时，任何窃听者被检测到在其附近，以及（ii）添加人工噪声的机密消息，使窃听者难以解码。专注于噪声限制制度，我们使用随机几何的工具来推导出在窃听者的保密中断概率以及在合法用户的覆盖概率，这两种技术。利用这些结果，我们推导出一个阈值的窃听者的密度低于没有保密增强技术是必需的，以确保一个目标的保密中断概率。对于窃听者密度高于这个阈值，我们具体的特点，每种技术优于其他的制度。我们的研究结果表明，当发射机和合法接收机之间的距离高于一定的阈值时，保护区技术是更好的。

毫米波Ad Hoc网络中的安全通信

Secure Communications in Millimeter Wave Ad Hoc Networks

具有定向天线的无线网络（如毫米波（mmWave）网络）具有增强的安全性。然而，对于窃听者随机定位的大规模毫米波自组织网络，窃听者仍然可以拦截机密消息，因为它们可能驻留在信号波束中。本文探讨了毫米波自组织网络中物理层安全的潜力。具体来说，我们表征毫米波信道特性，随机阻塞，和天线增益的保密性能的影响。针对均匀线阵的特殊情况，提出了一种计算平均可达保密率的方法。我们还描述了人工噪声在这种网络中的影响。研究结果表明，在低发射功率下，使用低毫米波频率可以获得更好的保密性能，当发射功率增加时，需要从低毫米波频率向高毫米波频率过渡以获得更高的保密率。当使用MIMO时，需要在发送节点处设置更多的天线以降低窃听者获得的天线增益。发射器可以通过使用宽波束模式拦截更多信息。此外，使用人工噪声对于提高保密率可能是无效的。

Secrecy Performance for Finite-Alphabet Inputs Over Fluctuating Two-Ray Channels in FDA Communications

To provide system design insights for practical communication systems equipped with the frequency diverse array (FDA), this paper investigates the secrecy performance of FDA systems exploiting finite-alphabet inputs over fluctuating two-ray (FTR) fading channels. More specifically, closed-form expressions for the average secrecy rate (ASR) and the secrecy outage probability (SOP) are derived, while their correctness is confirmed by numerical simulations. In addition, we perform asymptotic analysis to quantify the secrecy performance gap between Gaussian and finite-alphabet inputs, for a suffic…

综合业务多用户MISO系统人工噪声辅助传输设计研究

On Artificial-Noise Aided Transmit Design for Multi-User MISO Systems with Integrated Services

本文考虑人工噪声（AN）辅助发射设计的多用户MISO系统中的业务集成的眼睛。具体来说，我们结合了两种服务，并同时为他们服务：一个多播消息的目的是为所有接收器和一个机密消息的目的是只有一个接收器。机密信息对所有未经授权的接收者都是完全安全的。我们的目标是联合设计最佳的输入协方差的组播消息，机密消息和AN，使可实现的保密率区域最大化的总和功率约束。该保密率域最大化问题是一个非凸向量最大化问题。为了解决这个问题，我们将SRRM问题转化为一个可证明等价的标量优化问题，并提出了一种搜索方法来找到所有的Pareto最优点。等价的标量优化问题被确定为一个保密率最大化（SRM）的组播服务质量（QoMS）的约束问题。此外，我们表明，这个等价的QoS约束SRM问题，虽然非凸的，可以有效地处理基于两阶段的优化方法，包括解决一系列的半定方案。此外，我们还扩展了SRRM问题的一个不完美的信道状态信息（CSI）的情况下，考虑了最坏情况下的鲁棒制定。特别是，虽然发射波束成形一般是一个次优技术的SRRM问题，我们证明了它是最佳的机密消息传输，无论是在完美的CSI的情况下，或在不完美的CSI的情况下。最后，数值结果表明，人工神经网络辅助的发送设计是有效的扩展可实现的保密率的区域。

多用户MIMO窃听信道中波束形成策略在保密通信中的应用

Utility of Beamforming Strategies for Secrecy in Multiuser MIMO Wiretap Channels

本文探讨了线性波束成形方法的安全通信在多用户窃听信道与一个单一的发射机，多个合法的接收机，和一个单一的窃听器，其中所有的节点都配备了多个天线。没有关于窃听者的信息被假定在发射机，我们检查广播MIMO下行链路与独立的信息，和多播MIMO下行链路与所有合法的接收机的共同信息。在这两种情况下，信息信号都是以刚好足够的功率发射的，以保证在期望的接收机处的某个SINR，而剩余的功率用于广播人工噪声。人工干扰选择性地降低被动窃听者的信号，同时保持与期望的接收器正交。我们分析了迫零和最佳的最小功率波束成形设计的广播信道，最佳的最小MSE波束成形器的组播信道提供的机密性。对窃听者的相对信干噪比和误码率性能的数值仿真表明了所提出的物理层安全方案的有效性。

Design of Artificial Noise for Physical Layer Security in Visible Light Systems with Clipping

Though visible light communication (VLC) systems are contained to a given room, ensuring their security amongst users in a room is essential. In this paper, the design of artificial noise (AN) to enhance physical layer security in VLC systems is studied in the context of input signals with no explicit amplitude constraint (such as multicarrier systems). In such systems, clipping is needed to constrain the input signals within the limited linear ranges of the LEDs. However, this clipping process gives rise to non-linear clipping distortion, which must be incorporated into the AN design. To faci…

实际SIC误差下下行不可信NOMA的保密中断概率分析

Secrecy Outage Probability Analysis for Downlink Untrusted NOMA Under Practical SIC Error

针对接收端不完美SIC导致残余干扰且用户不可信的下行NOMA系统，提出RI模型并推导两用户SOP解析表达式及高信噪比近似，数值验证了理论结果。

Securing OFDM-Based Wireless Links Using Temporal Artificial-Noise Injection

We investigate the physical layer security of wireless single-input single-output orthogonal-division multiplexing (OFDM) when a transmitter, which we refer to as Alice, sends her information to a receiver, which we refer to as Bob, in the presence of an eavesdropping node, Eve. To prevent information leakage, Alice sends an artificial-noise (AN) signal superimposed over her information signal. We investigate the impact of the channel delay spread, OFDM cyclic prefix, information/AN power allocation, and information and AN precoders design on the achievable average secrecy rate. We consider th…

Secrecy Rate of Cooperative MIMO in Presence of a Location Constrained Eavesdropper

We propose and study the cooperative MIMO architecture to enable and to improve the secrecy transmissions between clusters of mobile devices in the presence of an eavesdropper with certain location constraint. The cooperative MIMO system in this paper (referred to as Reconfigurable Distributed MIMO) is formed by temporarily activating clusters of nearby trusted mobile devices, with each cluster being centrally coordinated by its corresponding cluster head. We assume that the transmitters apply a practical eigen-direction precoding scheme to transmit the confidential signal and artificial noise…

衰落信道中带人工噪声的保密传输：可调速率和最优功率分配

Secure Transmission with Artificial Noise over Fading Channels: Achievable Rate and Optimal Power Allocation

研究了衰落信道中多天线传输的保密通信问题。发射机同时向预定接收机发送信息承载信号，并向窃听者发送人工噪声。我们得到了一个可实现的保密率的解析封闭形式的表达式，并使用它作为目标函数，以优化信息信号和人工噪声之间的发射功率分配。我们的分析和数值结果表明，平等的权力分配是一个简单的情况下，非合谋窃听接近最佳的策略。当合谋窃听者的数量增加时，应该使用更多的功率来产生人工噪声。我们还提供了一个上界的信号噪声比（SNR）以上的可实现的保密率是积极的，并表明，该界是紧在低信噪比。此外，我们认为不完善的信道状态信息（CSI）在发送器和接收器的影响，并发现这是明智的，创造更多的人工噪声来混淆窃听者比增加信号强度的预期接收器，如果CSI不准确获得。

慢衰落信道中辅助噪声的多天线安全传输设计

On the Design of Artificial-Noise-Aided Secure Multi-Antenna Transmission in Slow Fading Channels

本文研究了慢衰落信道中人工噪声辅助的安全多天线传输系统的设计。主要的设计问题包括发射功率分配和窃听码的速率参数。我们考虑具有不同复杂度水平的两种情形：i）设计参数被选择为对于所有传输是固定的，ii）它们基于来自预期接收器的瞬时信道反馈而被自适应地调整。在这两种情况下，我们提供了明确的设计解决方案，以实现最大的吞吐量受到保密约束，由最大允许的保密中断概率。然后，我们得出准确的近似值的最大吞吐量在这两种情况下，在高信噪比区域，并提供新的见解，为实现更高的安全级别的额外的功率成本，同时保持指定的目标吞吐量。最后，对自适应传输相对于非自适应传输的吞吐量增益进行了量化和分析。

利用多核PAC码在二进制擦除窃听信道中实现最优短分组长度保密速率

Achieving Optimal Short-Blocklength Secrecy Rate Using Multi-Kernel PAC Codes for the Binary Erasure Wiretap Channel

本文针对二进制擦除窃听信道，提出多核PAC码短分组编码方案，证明在特定保密泄漏约束下可在分组长度16至128实现理论最优保密速率。

采用开关键控调制和门限检测的自由空间光通信系统的平均保密容量

Average Secrecy Capacity of Free-Space Optical Communication Systems with On-Off Keying Modulation and Threshold Detection

本文研究了自由空间光（FSO）链路中的安全通信问题。特别是，我们研究了平均保密能力的应用物理层安全，以实现安全的FSO通信系统中的二进制电平开关键控强度调制和阈值检测，广泛使用的系统在FSO通信。我们首先定义了我们的系统的瞬时保密容量，然后提供了一个下界，这是基于一个简单的设计原则，为实际应用，并产生一个更简单的方程。接下来，我们推导出平均保密容量的一般表达式和相应的下界的基础上的比特错误概率。最后，对相关对数正态衰落模型的特殊情况进行了数值分析，分析了衰落和信道相关性对平均保密容量的影响。

Secrecy Outage for Wireless Sensor Networks

This paper addresses Physical Layer Security (PLS) for a wireless sensor network in which multiple sensor nodes communicate with a single sink in the presence of an eavesdropper. Under the assumption of sink using outdated channel state information (CSI) of the eavesdropper link, the outage probability of achievable secrecy rate under Weibull fading is investigated and its analytical expressions are derived. Specifically, we consider sensor scheduling to enhance PLS, thereby we quantify the degradation in outage probability due to outdated CSI under the best-node scheduling scheme and compare …

Physical Layer Security Enhancement Using Artificial Noise in Cellular Vehicle-to-Everything (C-V2X) Networks

The secure transmission of confidential information in cellular vehicle-to-everything (C-V2X) communication networks is vitally important for user's personal safety. However, for C-V2X there have not been much studies on the physical layer security (PLS). Since artificial noise (AN) and secure beamforming are popular PLS techniques for cellular communications, in this paper we investigate the potential of these PLS techniques for enhancing the security of C-V2X networks. In particular, leveraging stochastic geometry, we study the PLS of an AN assisted C-V2X network, where the locations of legi…

大规模MIMO莱斯信道中的干扰辅助保密通信

Jamming-Aided Secure Communication in Massive MIMO Rician Channels

本文研究了莱斯衰落信道下，对大型天线阵发射机的人工噪声辅助干扰设计。我们发现，当发射天线数趋于无穷大时，莱斯信道是否发生秘密中断取决于窃听者的几何位置。为此，我们首先定义并解析描述了秘密中断区域（SOR），指出了所有可能导致秘密中断的窃听者的位置。在此基础上，推导出了保密中断概率（SOP），并给出了干扰有益范围，即，确定了能够实现均匀干扰以降低SOP的窃听者的距离范围。然后，在不同的情况下，消息和人工噪声之间的最佳功率分配进行了研究。此外，为了更有效地使用干扰功率并进一步降低SOP，我们提出了仅在选定的波束（映射到物理角度）上产生干扰信号的定向干扰，并且针对有和没有可疑区域的信息的情况提出了功率分配算法，即，窃听者的可能位置我们进一步扩展到多用户和多细胞的情况下的讨论。最后，数值结果验证了我们的结论，并显示我们提出的干扰功率分配方案的有效性。

Secure mm-Wave Communications with Imperfect Hardware and Uncertain Eavesdropper Location

This paper examines the secrecy performance of millimeter-wave (mm-Wave) communications with imperfect hardware and uncertain eavesdropper location. We consider a multiple-antenna source communicating with a single-antenna destination using masked beamforming to transmit the information signals with artificial noise (AN) in the presence of a passive eavesdropper (Eve). For this system, we derive new expressions for the secrecy outage probability (SOP) and secrecy throughput with mm-Wave multipath propagation under slow-fading channel conditions and hardware imperfections. Based on this, optima…

无线网络物理层安全的Tomlinson-Harashima预编码策略研究

Study of Tomlinson-Harashima Precoding Strategies for Physical-Layer Security in Wireless Networks

在本文中，我们提出了新的非线性预编码器的多用户MIMO系统的下行链路存在多个窃听。所提出的非线性预编码器的设计，以提高物理层的保密率。具体来说，我们结合非线性连续优化汤姆林森-原岛预编码（SO-THP）与广义矩阵求逆（GMI）技术，以最大限度地提高物理层的保密率。为了比较的目的，我们研究了不同的传统预编码器与所提出的算法的保密率以及BER性能。我们还研究了简化的广义矩阵求逆（S-GMI）和格缩减（LR）技术，以有效地计算预编码器的参数。我们进一步进行计算复杂性和保密率的建议和现有的算法分析。此外，在窃听者不知道信道状态信息（CSI）的情况下，采用在传输前注入人工噪声（AN）的策略来提高物理层保密率。仿真结果表明，提出的非线性预编码器优于现有的预编码器的误码率和保密率性能。

毫米波车载通信系统中多天线传输的保密性增强

Enhancing Secrecy with Multi-Antenna Transmission in Millimeter Wave Vehicular Communication Systems

毫米波（mmWave）车载通信系统将为原始传感器数据的交换提供丰富的带宽，并支持驾驶员辅助和安全相关功能。然而，缺乏安全的通信联系可能导致滥用和攻击，危及运输系统的效率和司机的人身安全。在本文中，我们提出了两个物理层（PHY）安全技术的车载毫米波通信系统。第一种技术使用具有单个RF链的多个天线来向目标接收机发送信息符号，并在非接收机方向上发送类噪声信号。第二种技术使用具有几个RF链的多个天线来向目标接收器发送信息符号，并在受控方向上机会性地注入人工噪声，从而减少车辆环境中的干扰。理论和数值结果表明，所提出的技术提供了更高的保密率相比，传统的物理层安全技术，需要数字或更复杂的天线架构。

存在空间随机随机跳频的中继窃听信道的安全传输

Secure Transmission for Relay Wiretap Channels in the Presence of Spatially Random Eavesdroppers

我们提出了一个安全的传输方案的中继窃听信道，其中源与目的地通过解码和转发中继在空间随机分布的窃听者的存在下进行通信。我们假设源端配备了多个天线，而中继端、目的端和窃听端都配备了一个天线。在所提出的方案中，除了信息信号，源发送人工噪声信号，以混淆窃听者。以最大化中继窃听信道的保密吞吐量为目标，推导了传输中断概率的封闭表达式和保密中断概率的易于计算的表达式。使用这些表达式，我们确定最佳的功率分配因子和窃听码速率，保证最大的保密吞吐量，同时满足保密中断概率约束。此外，我们研究了源天线数量对保密吞吐量的影响，表明在源处添加额外的发射天线会显著增加保密吞吐量。

基于噪声辅助的有限反馈多天线安全传输

Artificial-Noise-Aided Secure Multi-Antenna Transmission with Limited Feedback

我们提出了一种优化的安全多天线传输方法的基础上人工噪声辅助波束成形，从一个所需的单天线接收器的反馈有限。为了处理波束形成器的量化误差以及未知的窃听信道特性，我们的方法的目的是在双重性能约束下最大化吞吐量-所需的通信信道上的连接中断约束和保密中断约束，以防止窃听。我们提出了一种自适应传输策略，明智地选择窃听编码参数，以及人工噪声和信息信号之间的功率分配。这个优化的解决方案揭示了几个重要的差异，以前设计的解决方案的假设下完美的反馈。我们还研究了如何最有效地利用反馈位的问题。仿真结果表明，一个很好的设计策略是使用这些比特的大约20%来分配信道增益信息，剩余的用于分配信道方向，并且这种分配对所施加的保密中断约束很大程度上不敏感。此外，我们发现，每个发射天线的8个反馈位是足够的，以实现约90%的吞吐量与完美的反馈。

基于随机频率分集阵列的定向调制抗噪声保密传输

Artificial-Noise-Aided Secure Transmission with Directional Modulation based on Random Frequency Diverse Arrays

本文提出了一种基于随机频率分集阵列加人工噪声的定向调制（RFDA-DM-AN）方案，以提高无线通信的物理层安全性。具体地，我们首先通过随机地将频率分配给发射天线来设计RFDA-DM-AN方案，从而实现二维（即，角度和范围）安全传输，并且优于现有技术的一维（即，角度）相控阵（PA）的DM方案。然后，我们开发了我们的RFDA-DM-AN方案的遍历保密容量（ESC）的下界的封闭形式的表达。在此基础上，进一步优化有用信号和人工噪声之间的发射功率分配，以提高系统的稳定性。仿真结果表明：1）我们的RFDA-DM-AN方案比基于PA的DM方案具有更高的保密容量; 2）随着发射天线数N的增加，得到的下界接近ESC，当N足够大时，得到的下界与ESC精确匹配; 3）与RFDA-DM-AN中的其他功率分配相比，我们提出的最优功率分配获得了最高的ESC。

在不知道窃听者天线数量的情况下实现保密

Achieving secrecy without knowing the number of eavesdropper antennas

现有的物理层安全研究一般假设窃听天线的数目是已知的。虽然这个假设可以很容易地计算出可达到的保密率，但实际上很难实现。在本文中，我们提供了一个创新的方法来研究安全的通信系统，而不知道窃听天线的数量，通过引入空间约束的概念到物理层安全。具体地，假设窃听者具有有限的空间区域来放置（可能无限数量的）天线。从实际的角度来看，知道窃听者的空间约束比知道窃听者天线的数量要容易得多。我们推导出在有和没有友好干扰的情况下空间受限系统可实现的保密率。我们表明，一个非零的保密率是可以实现的一个友好的干扰机的帮助下，即使窃听者放置在其空间区域的天线的无限数量。此外，我们发现，可实现的保密率不单调增加的干扰功率，因此，我们得到的最佳干扰功率，最大化保密率的封闭形式的解决方案。

可旋转天线辅助安全通信的平均保密容量最大化

Average Secrecy Capacity Maximization of Rotatable Antenna-Assisted Secure Communications

本文提出了一种基于可旋转天线的保密容量最大化方法，通过理论分析和仿真验证，得出了近优解并验证了其在高SNR下的有效性。