Secure Regularized Zero Forcing for Multiuser MIMOME Channels
本文提出了一种新的线性预编码方案，用于MIMOME信道的下行链路传输，称为安全正则迫零。该方案修改了正则化迫零预编码，使得波束形成器进一步抑制了对窃听者的信息泄漏。该方案的特点是在大系统的限制，并推导出一个封闭形式的表达式，每个用户可实现的遍历保密率。数值研究表明，对窃听者的信道质量的高鲁棒性。
2019-12-01 cs.IT math.IT
A Single-RF Architecture for Multiuser Massive MIMO via Reflecting Surfaces
在这项工作中，我们提出了一种新的单射频MIMO架构，具有高的可扩展性和能源效率。该方案中的发射器由一个向反射面辐射的射频照明器组成。反射表面上的每个元件在施加相移之后重新发送其接收的信号，使得获得期望的波束成形图案。对于这种架构，波束形成的问题被解释为线性回归和解决方案是通过最小二乘法推导。利用这个公式，一个快速迭代算法的反射面的调整。数值结果表明，所提出的架构是完全兼容的反射面与当前的设计。
2020-03-17 cs.IT eess.SP math.IT
Secure Transmission in IRS-Assisted MIMO Systems with Active Eavesdroppers
本文研究了当网络中存在主动窃听者时，智能反射面（IRS）辅助MIMO系统的安全传输问题。我们考虑的情况下，窃听者执行一个积极的导频攻击污染的信道估计在基站。在安全的正则化迫零方法的基础上，我们开发了一种算法，该算法设计了波束形成向量，以及IRS处的相移，使得主动攻击者被蒙蔽。我们的数值研究证实，该算法可以有效地抑制主动窃听，只要合法和恶意终端是统计上可区分的。
2020-10-15 cs.IT math.IT
Low-Complexity Sum-Capacity Maximization for Intelligent Reflecting Surface-Aided MIMO Systems
降低计算复杂性在优化智能反射表面（IRS）系统的相移中是至关重要的，因为IRS辅助的通信系统通常部署有大量的反射元件（RE）。这封信提出了一种低复杂度算法，称为维度正弦最大化（DSM），以获得最佳IRS相移，从而最大化MIMO网络的总容量。该算法利用的事实，优化问题的目标函数是正弦w.r.t.每个RE的相移。数值结果表明，DSM获得了接近最大的和率和更快的收敛速度比其他两个基准方法。
2022-04-11 cs.IT eess.SP math.IT
Secure Communication for Spatially Correlated RIS-Aided Multiuser Massive MIMO Systems: Analysis and Optimization
本文研究了利用人工噪声的可重构智能表面（RIS）辅助多用户大规模多输入多输出（MIMO）系统中的安全通信。首先推导出空间相关MIMO信道下遍历保密率的封闭表达式。通过使用这个派生的结果，我们进一步优化AN的功率分数在封闭的形式和RIS相移通过开发一个基于梯度的算法，它只需要统计信道状态信息（CSI）。我们的分析表明，在RIS的空间相关性提供了一个额外的维度优化RIS相移。数值模拟验证了分析结果，显示了深刻的系统参数之间的相互作用和保密性能的退化，由于在RIS的高空间相关性。
2023-01-10 cs.IT math.IT
Optimal Power Allocation for Secure Communications in Large-Scale MIMO Relaying Systems
在本文中，我们解决的问题，在中继两跳安全通信的最佳功率分配。为了解决安全通信中短距离侦听的挑战性问题，利用大规模MIMO（LS-MIMO）中继技术的优势，即使在没有窃听者信道状态信息（CSI）的情况下，也能显著提高保密性能。本文的重点是分析和设计中继的最优功率分配，以最大化秘密中断容量。我们揭示了秘密中断容量为正的条件，证明了存在且只有一个最优功率，并给出了一个最优功率分配方案。此外，秘密中断容量的渐近特性进行了保密性能优化提供了一些清晰的见解。仿真结果验证了该方案的有效性。
2015-01-19 cs.IT math.IT
Cell-Free MIMO Systems Powered by Intelligent Reflecting Surfaces
无蜂窝大规模多输入多输出（MIMO）和智能反射面（IRS）被认为是未来5G网络的多天线技术。由IRS供电的无小区MIMO系统结合了这两种技术，可以以低成本和低能耗进一步提高无小区MIMO系统的性能。先前的工作集中于瞬时性能度量并且依赖于交替优化算法，这强加了巨大的计算复杂性和信令开销。为了解决这些挑战，我们提出了一种新的两步算法，提供了长期的被动波束形成器在IRS使用统计信道状态信息（S-CSI）和短期的主动预编码器和长期的功率分配在接入点（AP），以最大限度地提高最低可实现的速率。仿真结果表明，该方案的性能优于基准方案，并带来了显着的性能增益的无小区MIMO系统由IRS供电。
2022-02-16 cs.IT eess.SP math.IT
Optimization of MIMO STEEP for Secure Communications over MIMOME Channels
University of California at Riverside（加州大学河滨分校）
研究将STEEP应用于多天线用户与多天线窃听者间MIMO（或MIMOME）信道的优化问题，核心方法是使用优化预编码器，主要贡献是首次揭示可显著提高MIMO STEEP的可达保密率。
2026-07-23 cs.IT eess.SP math.IT
Secure Communication for Spatially Correlated Massive MIMO with Low-Resolution DACs
在本文中，安全的大规模多输入多输出（MIMO）系统采用低分辨率的数字模拟转换器（DAC）的性能进行了分析，在空间相关的无线信道。在用户信道的零空间中传输人工噪声（AN）的情况下，推导出可实现的保密率的紧下界。使用的分析结果，空间相关性对保密率的影响进行了明确的评估，在低分辨率DAC的存在。分析结果表明，使用低分辨率的DAC可以是有益的保密性能相比，理想的DAC，当信道是强相关的和最佳功率分配不采用。
2023-01-10 cs.IT math.IT
Robust and Secure Communications in Intelligent Reflecting Surface Assisted NOMA networks
这封信调查安全传输的智能反射面（IRS）辅助非正交多址（NOMA）网络。考虑一个实际的窃听场景与不完善的信道状态信息的窃听者，我们提出了一个强大的波束形成方案，使用人工噪声，以保证安全的NOMA传输与IRS。提出了一种联合发射波束形成和IRS相移优化问题，以最小化发射功率。由于问题是非凸的，具有挑战性的解决，我们开发了一个有效的替代优化（AO）算法来获得稳定点的解决方案。仿真结果验证了鲁棒波束形成方案的安全性优势和自适应波束形成算法的有效性。
2020-09-01 cs.IT math.IT
Intelligent Reflecting Surface Aided MIMO with Cascaded LoS Links: Channel Modelling and Full Multiplexing Region
本文研究了智能反射面（IRS）辅助多输入多输出（MIMO）系统通过级联视距（LoS）链路的建模和优化。在第一部分中，我们建立了一个新的IRS辅助MIMO信道模型，命名为级联LoS MIMO信道。建议的信道模型包括一个发射机（Tx）和一个接收机（Rx）都配备了均匀的线性阵列，和一个IRS是用来使发射机和接收机之间的通信通过IRS看到的LoS链接。当对电磁波在IRS的反射进行建模时，我们考虑了不同反射元件上波前的曲率。基于所建立的模型，我们研究了级联LoS MIMO系统的空间复用能力。我们介绍了级联LoS MIMO信道的全复用区域（FMR）的概念，其中FMR是Tx-IRS和IRS-Rx距离对的联合，使全复用通信。根据一种特殊的被动波束形成策略，称为反射聚焦，我们推导出的FMR的内界，并提供相应的方向设置的天线阵列，使充分复用。基于所提出的信道模型和反射聚焦，在第二部分中讨论了互信息最大化问题。
2022-07-10 cs.IT eess.SP math.IT
Energy-Efficient Power Allocation for Secure Communications in Large-Scale MIMO Relaying Systems
在本文中，我们解决的问题，能量有效的功率分配安全通信放大转发（AF）的大规模多输入多输出（LS-MIMO）中继系统中存在一个被动窃听。利用AF LS-MIMO中继的优点来显著提高保密性能，特别是保密能量效率（比特每焦耳）。首先分析了中继节点发射功率对保密中断容量的影响，证明了在非常实际的假设条件下，即无窃听者信道状态信息（CSI）和不完全合法CSI的情况下，保密中断容量是发射功率的凹函数.然后，我们提出了一种能量有效的功率分配方案，以最大限度地提高保密能量效率。最后，仿真结果验证了所提出的能量有效的计划相比，容量最大化计划的优势。
2014-08-24 cs.IT math.IT
Hybrid Beamforming for Intelligent Reflecting Surface Aided Millimeter Wave MIMO Systems
由于采用毫米波（mmWave）频段的通信系统必须使用大型天线阵列来克服mmWave信号的严重传播损耗，因此混合波束成形已被认为是mmWave通信的组成部分。最近，智能反射表面（IRS）已经被提出作为一种创新技术，其可以通过使用低成本的无源反射元件来显著改善毫米波通信系统的性能。在本文中，我们研究了红外辅助毫米波多输入多输出（MIMO）系统与混合波束形成架构。本文首先利用毫米波信道的稀疏散射结构和大尺度特性，研究了窄带MIMO系统中IRS反射矩阵和混合波束形成器的联合设计。然后，我们将所提出的联合设计推广到宽带MIMO系统与正交频分复用（OFDM）调制，利用频率选择性毫米波信道的角度稀疏。仿真结果表明，所提出的联合设计可以显着提高系统的频谱效率，并实现优于现有设计的性能。
2022-06-27 cs.IT eess.SP math.IT
Secure Wireless Information and Power Transfer in Large-Scale MIMO Relaying Systems with Imperfect CSI
在本文中，我们解决的问题，安全的无线信息和功率传输的大规模多输入多输出（LS-MIMO）放大转发（AF）中继系统。利用LS-MIMO中继的优势来提高无线安全性、传输速率和能量效率。特别是，短拦截距离和长传输距离带来的挑战性问题得到了很好的解决。在非常实际的假设下，即，在无窃听者信道状态信息（CSI）和不完全合法信道状态信息的情况下，研究了不完全CSI对保密中断容量的影响，得到了保密中断容量与发射功率和信道条件的显式关系。然后，我们提出了一个最佳的功率分配方案，在中继，以最大限度地提高保密中断容量。最后，我们的理论索赔进行了验证仿真结果。
2014-07-21 cs.IT math.IT
Semantically Secure Lattice Codes for Compound MIMO Channels
我们考虑复合多输入多输出（MIMO）窃听信道，其中最小的信道状态信息在发射机（CSIT）的假设。码的构造给出了各向同性互信息的特殊情况下，作为一般情况下的保守策略。使用MIMO信道的平坦度因子，我们提出格码普遍实现复合MIMO窃听信道的保密能力，直到一个恒定的间隙（以nats测量），这是等于发射天线的数量。该方法从错误概率的角度改进了MIMO窃听信道保密编码的现有工作，并建立了信息理论安全（实际上是语义安全）。我们还给出了一个代数结构，以减少代码的设计复杂度，以及合法接收机的解码复杂度。由于数域和除法代数的代数结构，我们的复合MIMO窃听信道的代码构造可以减少到高斯窃听信道，直到一些额外的间隙保密容量。
2019-10-08 cs.IT math.IT
MIMO Beamforming for Secure and Energy-Efficient Wireless Communication
考虑多用户多输入多输出（MIMO）信道与窃听，这封信开发了一个波束形成器的设计，以优化能源效率的保密比特每焦耳保密服务质量的约束下。这是一个非常困难的设计问题，没有可用的精确解技术。提出了一种利用简单的中维二次规划迭代改进可行点的路径跟踪方法。在任何固定的计算容差下，该过程在多次迭代后终止，至少产生局部最优解。仿真结果表明，该算法的性能优于其他现有的方法。
2017-01-18 cs.IT math.IT
Multiple Intelligent Reflecting Surfaces Assisted Cell-Free MIMO Communications
在本文中，我们研究了一个智能反射面（IRS）辅助无小区多输入多输出（MIMO）通信系统，其中分布式多个IRS专门部署，以协助分布式多个基站（BS）的合作传输。我们的目标是通过联合优化BS处的有源发射波束形成矩阵和IRS处的无源反射波束形成矩阵来最大化无小区系统的可实现的和速率，同时满足每个BS的最大发射功率和每个IRS元件的相移的约束。我们提出了一个有效的框架，共同设计的BS，IRS，和用户设备（UE）。作为一种折衷的方法，我们首先将非凸问题转化为一个等价的形式的基础上的分式规划方法，然后分解成两个子问题，并交替解决它们。特别地，我们提出了一种基于拉格朗日对偶次梯度的算法来解决具有近似封闭形式解的主动发射波束形成优化子问题。将被动反射波束形成优化子问题转化为一个常数模约束二次规划（CMC-QP）问题。首先，我们提出了一对基于松弛的算法，提供了两个可行的解决方案。我们还开发了一个低复杂度的交替序列优化（ASO）算法，以获得封闭形式的解决方案。这三种算法都保证收敛到局部最优解。仿真结果表明，与基准方案相比，所提出的算法取得了显着的性能改善。
2021-08-17 cs.IT math.IT
Channel Estimation for Intelligent Reflecting Surface-Assisted Millimeter Wave MIMO Systems
智能反射表面（IRSs）被认为是未来毫米波（mmWave）无线通信的有前途的使能者，因为它们能够创建有利的视线（LoS）传播环境。在本文中，我们研究了在下行链路IRS辅助毫米波多输入多输出（MIMO）系统的信道估计。通过利用毫米波信道的稀疏性，我们将信道估计问题表示为固定秩约束的非凸优化问题。为了解决非凸性，提出了一种有效的算法，利用交替极小化和流形优化（MO），它产生一个局部最优解。仿真结果表明，所提出的基于MO的估计（MO-EST）算法显着优于两个基准计划，并证明了MO-EST算法的鲁棒性方面的不完善的知识的稀疏水平的信道在实际实现中。
2020-05-10 cs.IT eess.SP math.IT
Hybrid Procoder and Combiner Design for Secure Transmission in mmWave MIMO Systems
毫米波（mmWave）通信已被认为是未来5G无线网络的关键技术。为了克服毫米波信道严重的传播损耗，采用模拟/数字混合预编码和合并收发架构的毫米波多输入多输出（MIMO）系统得到了广泛的考虑。然而，毫米波MIMO系统中的物理层安全性（PLS）和安全的混合波束形成器的设计还没有得到很好的研究。在本文中，我们考虑的问题，混合预编码器和组合器的设计，在毫米波MIMO系统中的安全传输，以保护合法的传输窃听。当窃听者的信道状态信息（CSI）已知时，我们首先提出了一种联合的模拟预编码器和合并器的设计算法，可以防止信息泄漏给窃听者。然后，数字预编码器和组合器的基础上获得的有效基带信道计算，以进一步最大化的保密率。接下来，如果窃听者的CSI的先验知识是不可用的，我们开发了一种基于人工噪声（AN）的混合波束形成方法，它可以干扰窃听者的接收，同时保持预定接收机的服务质量（QoS）在预定的水平。仿真结果表明，我们提出的算法提供了显着的保密性能的改善相比，其他混合波束形成算法。
2017-04-26 cs.IT math.IT
Secure Simultaneous Information and Power Transfer for Downlink Multi-user Massive MIMO
研究了大规模多输入多输出（MIMO）下的信息功率同时传输（SWIPT）系统下行链路安全传输问题。具有大量天线的基站（BS）向其预期用户发送能量和信息信号，但是这些信号也被主动窃听者接收。用户和窃听者采用功率分配技术，同时解码信息和收获能量。大规模MIMO有助于BS将能量集中到用户，并防止信息泄漏给窃听者。由每个用户收集的能量被用于解码信息和发送用于信道估计的上行链路导频信号。假设主动窃听者也在下行链路中收获能量，然后在上行链路训练阶段期间做出贡献。以可扩展的保密率为性能指标，给出了其封闭形式的下界。为了提供安全的传输，可实现的保密率，然后最大化，通过一个优化问题的最小收获的能量由用户和最大收获的能量由窃听者的约束。数值结果表明，使用大规模MIMO在SWIPT系统中提供物理层安全的有效性，也表明我们的保密率的封闭形式的表达式是准确的。
2020-08-10 cs.IT math.IT
Robust Design for Intelligent Reflecting Surface Assisted MIMO-OFDMA Terahertz Communications
近年来，太赫兹（THz）通信以其超宽带的特性成为未来无线通信领域的研究热点之一。尽管如此，阻止THz实际部署的一个主要障碍在于其固有的巨大衰减。智能反射面（IRS）和多输入多输出（MIMO）是补偿太赫兹系统中大路径损耗的两种有效方法。本文研究了一种基于IRS的正交频分多址多用户太赫兹MIMO系统，该系统采用稀疏射频链天线结构以降低功耗。目标是通过联合优化基站处的混合模拟/数字波束形成和IRS处的反射矩阵来最大化加权和速率。{由于模拟波束形成和反射矩阵需要满足所有用户和子载波，因此难以直接求解公式化问题，因此，提出了交替迭代优化算法。}具体而言，模拟波束形成的设计通过解决MIMO容量最大化问题，而数字波束形成和反射矩阵优化都解决了使用半定松弛技术。考虑到在基于IRS的系统中获得完美的信道状态信息（CSI）是一项具有挑战性的任务，我们进一步探讨了IRS到用户的信道的不完美CSI的情况。在这种设置下，我们提出了一个强大的波束形成和反射矩阵设计方案，原来制定的非凸优化问题。最后，仿真结果表明所提出的算法的有效性。
2020-09-13 cs.IT math.IT
Discrete RIS Enhanced Space Shift Keying MIMO System via Reflecting Beamforming Optimization
针对存在直接链路的离散RIS辅助SSK-MIMO系统，提出基于SCA和惩罚交替优化的RIS相移优化方法以最大化最小星座欧氏距离、降低误比特率，仿真验证了方案优越性及各参数对可靠性的影响。
2024-11-01 cs.IT eess.SP math.IT
Secure Rate-Splitting for MIMO Broadcast Channel with Imperfect CSIT and a Jammer
本文研究了两用户多输入多输出（MIMO）广播信道中发射端信道状态信息不完全（CSIT）和多天线干扰机的安全速率分裂问题，其中每个接收端具有相同数量的天线，干扰机具有完全信道状态信息（CSI）.具体而言，我们设计了一个安全的速率分裂多址接入策略，其中的安全性，分裂的私人和共同的消息是确保预编码器设计与联合调零和对齐的泄漏信息，关于不同的天线配置。此外，我们表明，通过安全速率分裂实现的和安全自由度（SDoF）是最优的，优于传统的迫零。因此，我们揭示了两个用户的MIMO广播信道与不完美的CSIT和一个干扰的总和SDOF，并验证了在这种情况下，以MIMO为重点的安全目的的速率分裂的优越性。
2022-07-11 cs.IT eess.SP math.IT
Deep Reinforcement Learning Based Intelligent Reflecting Surface Optimization for TDD MultiUser MIMO Systems
本文研究TDD多用户MIMO系统中IRS的离散相移设计，通过改进PPO算法并集成GRU，在无需子信道CSI的情况下最大化平均下行传输速率，仿真表明其性能、收敛速度和稳定性均优于基准。
2023-07-28 cs.IT eess.SP math.IT
Secure Degrees of Freedom of the MIMO Multiple Access Channel with Multiple unknown Eavesdroppers
我们研究了两个发射机的高斯多址接入信道的安全自由度（SDoF），在发射机处具有多个天线，合法的接收机存在未知数量的窃听者，每个窃听者的天线数量小于或等于已知值$N_E$。合法的发送者和接收者之间的信道矩阵是处处可用的，而合法的发送者和接收者不知道窃听者的信道矩阵。我们提供了所考虑的系统的精确总和SDOF。推导了一个新的综合上界，并在此基础上提出了一种新的利用干扰的可实现方案。我们证明，即使发射机处没有可用的瞬时窃听器CSI，协作干扰也是SDoF最佳的。
2016-03-30 cs.IT math.IT
Capacity Characterization for Intelligent Reflecting Surface Aided MIMO Communication
智能反射表面（IRS）是一种很有前途的解决方案，通过调整大量的无源反射单元来适当地改变信号传播，从而既经济又节能地提高无线通信容量。在本文中，我们的目标是表征的基本容量限制的IRS辅助点到点多输入多输出（MIMO）通信系统的多天线发射机和接收机一般，通过联合优化IRS反射系数和MIMO发射协方差矩阵。首先，我们考虑频率平坦衰落信道下的窄带传输，并开发了一种有效的交替优化算法，通过迭代优化发射协方差矩阵或反射系数之一，与其他被固定，找到一个局部最优解。接下来，我们考虑在频率选择性衰落信道下的一般MIMO正交频分复用（OFDM）系统中宽带传输的容量最大化，其中发送协方差矩阵可以针对不同的子载波进行优化，而只有一个公共的IRS反射系数集可以被设计为迎合所有子载波。为了解决这个更具挑战性的问题，我们提出了一个新的交替优化算法的基础上凸松弛找到一个高质量的次优解。数值结果表明，我们提出的算法实现了大幅增加的容量相比，传统的MIMO信道没有IRS，也优于各种基准计划。特别是，它表明，与所提出的算法，各种关键参数的IRS辅助MIMO信道，如信道总功率，秩，和条件数可以显着改善容量增强。
2019-10-03 cs.IT eess.SP math.IT
Secure Two-Way Communications via Intelligent Reflecting Surfaces
在这封信中，我们建议利用智能反射表面（IRS），以确保多用户双向通信。具体地，两个终端用户同时发送他们的信号，其中一个用户的信号被利用为信息干扰，以在窃听者处破坏另一用户的信号的接收。为了提高保密率，提出了一种简单的用户调度方案。分析结果的平均保密率的下限和它的缩放定律推导出评估的保密性能，并获得有价值的设计见解。仿真结果证实了理论分析的正确性，并验证了所提出的方案比其他基线方案的保密性改善。
2020-11-02 cs.IT math.IT
Optimal Signaling for Secure Communications over Gaussian MIMO Wiretap Channels
研究了总发射功率约束下高斯MIMO窃听信道的最优信令问题。当信道严重退化时，得到了最优发射协方差矩阵的封闭解。结合秩-1的解决方案，这提供了两个发射天线的情况下的最佳协方差的完整表征。考虑了弱窃听者和高信噪比的情况。结果表明，最佳协方差不收敛到一个缩放的身份在高信噪比制度。必要的最优性条件和严格的上界的最优协方差矩阵的秩建立的一般情况下，随着下界的保密能力，这是紧在一些情况下。
2016-10-31 cs.IT math.IT
On Secure Degrees of Freedom of the MIMO Interference Channel with Local Output Feedback
研究了具有局部输出反馈的（M，M，N，N）多输入多输出（MIMO）干扰信道的和安全自由度（SDoF）问题，为支持6 G的车对车（V2 V）通信提供信息理论基础和实用传输方案。针对这个问题，我们提出了两种新的传输方案，即，干扰解码方案和干扰对齐方案，并因此建立和SDoF下界。特别是，为了优化相位持续时间，我们分析了安全性和解码约束，并制定了一个线性分数优化问题。此外，我们还证明了当天线配置为M <= N/2，N=M和2N <= M时，推导出的和SDoF下界是和SDoF，并揭示了对于固定的N，最大化和SDoF的最佳M不小于2N。通过仿真，我们研究了所提出的传输方案的安全和速率性能，并揭示了使用本地输出反馈可以导致更高的安全和速率比，通过使用延迟的信道状态信息在发送端。
2021-02-15 cs.IT math.IT
Beamforming Optimization for Intelligent Reflecting Surface Assisted MIMO: A Sum-Path-Gain Maximization Approach
近年来，智能反射面（IRS）技术已经成为一种具有吸引力的技术，它能够以低硬件成本和低功耗实现无线通信。在这封信中，我们考虑了IRS辅助的点对点多输入多输出（MIMO）系统，其中源与其目的地的IRS的帮助下进行通信。我们的目标是最大限度地提高频谱效率的系统，通过联合优化（主动）预编码在源和（被动）移相器（PS）在IRS。然而，这原来是一个棘手的混合整数非凸优化问题。为了规避棘手的问题，我们提出了一个新的和路径增益最大化（SPGM）标准，以获得高质量和有效的次优解决方案，这个问题。具体地说，PS的设计首先基于一个简化的优化问题，其目的是最大化源和目的地之间的空间路径的和增益。然后，利用一种低复杂度的交替方向乘子法（ADMM）算法来解决这个简化问题。最后，利用上述获得的PS，通过对源和目的地之间的有效信道执行奇异值分解（SVD）来导出源预编码。数值结果表明，所提出的方案可以达到接近最优的性能。
2020-03-16 cs.IT math.IT
Practical Channel Estimation and Phase Shift Design for Intelligent Reflecting Surface Empowered MIMO Systems
本文提出了智能反射面（IRS）授权的单用户多输入多输出（SU-MIMO）系统的信道估计技术和相移设计。在本文提出的四种信道估计技术中，单径近似信道（SPAC）和秩一矩阵选择性增强（SEROM）两种新的信道估计技术具有较低的训练开销，能够实现实用的IRS授权SU-MIMO系统。SPAC主要基于参数估计，通过将IRS相关信道近似为占主导地位的单路径信道。SEROM利用IRS相移以及训练信号进行信道估计，并且容易调整其训练开销。IRS相移设计的封闭形式的解决方案也被开发，以最大限度地提高频谱效率的解决方案只需要基本的线性运算。数值结果表明，SPAC和SEROM相结合的IRS相移设计实现了高的频谱效率，即使与现有的方法相比，低的训练开销。
2021-04-29 cs.IT eess.SP math.IT
MIMO Wiretap Channels with Arbitrarily Varying Eavesdropper Channel States
在这项工作中，一类信息理论的保密问题的窃听者的信道状态是完全未知的合法方。特别是，MIMO窃听信道模型被认为是窃听者的信道随时间任意变化。假设窃听者的天线数目有限，推导了MIMO窃听信道在强保密意义下的保密率，并证明了其在安全自由度上与其相反.证明了存在一个通用的编码方案，该方案可以保护机密消息不受窃听者所经历的任何信道状态序列的影响。由此得出结论，无论窃听者的位置或信道状态如何（可能有无限多个），安全通信都是可能的。此外，据观察，本设置呈现多终端窃听型信道的保密容量问题更容易处理的情况下，窃听者信道状态的全部或部分知识。为了证明这一观察，导出了高斯MIMO多址窃听信道（MIMO MAC-WT）和高斯MIMO广播窃听信道（MIMO BC-WT）的安全自由度区域，其中发射机和预期接收机具有相同数量的天线。
2010-07-27 cs.IT math.IT
Intelligent Reflecting Surface Assisted Secure Wireless Communications with Multiple-Transmit and Multiple-Receive Antennas
在本文中，我们提出了智能反射面（IRS）辅助安全无线通信与多输入多输出天线（IRS-MIMOME）。所考虑的场景是配备有多个天线的接入点（AP）在配置有多个天线的窃听者存在的情况下在下行链路中与启用多天线的合法用户通信。特别地，研究了在IRS处的相移能力具有两种不同假设的情况下，AP处的发送协方差矩阵和IRS处的反射系数的联合优化以最大化IRS-MIMOME系统的保密率，即，IRS具有连续的反射系数，IRS具有离散的反射系数。对于前一种情况，由于公式化问题的非凸性，提出了基于交替优化（AO）的算法，即，对于给定的IRS处的反射系数，使用基于连续凸近似（SCA）的算法来求解发射协方差矩阵优化，而对于给定的AP处的发射协方差矩阵，再次使用替代优化来单独地优化IRS处的每个反射系数与其他固定反射系数。对于单个反射系数的优化，给出了最优解的封闭形式或区间。然后，将该算法推广到IRS的离散反射系数模型。最后，通过数值仿真验证了该算法的性能优于其他基准算法。
2020-01-24 cs.IT math.IT
Secure MIMO Communications under Quantized Channel Feedback in the presence of Jamming
我们考虑的问题，在MIMO设置中的对抗干扰机配备$n_j$发射天线和窃听器配备$n_e$接收天线的存在下，安全通信。配备有$n_t$天线的多天线发射机希望向配备有$n_r$天线的多天线接收机秘密地传送消息。我们提出了一种基于人工噪声和线性预编码的传输方法和一种采用波束成形的两阶段接收方法。在此策略下，我们首先刻画了通信的可达保密率，并证明了在理想信道状态信息（CSI）情况下，可达安全自由度（SDoF）由$d_s = n_r - n_j$给出.其次，我们考虑量化CSI反馈使用直接信道矩阵的函数的格拉斯曼量化，并导出作为发射功率的函数的量化比特率缩放的充分条件，用于保持具有完美CSI的可实现SDOF $d_s$，并且用于由于量化而具有渐近零保密率损失。数值模拟也提供了支持的理论。
2014-11-05 cs.IT math.IT
Beam domain secure transmission for massive MIMO communications
研究了单小区大规模多输入多输出（MIMO）系统在多天线被动窃听下波束域传输的最优性和功率分配算法。针对仅利用合法用户和基站窃听者的统计信道状态信息的安全大规模MIMO下行链路传输，引入了可达遍历保密和速率的下界，并由此导出了最优输入协方差矩阵的特征向量的条件.结果表明，波束域传输可以达到最佳性能的保密和速率下限最大化。对于单天线合法用户的情况下，我们证明了它是最佳的，以最大化的秘密和速率下界的窃听者的波束增益强于合法用户的波束不分配功率。然后，在凹凸过程和高维随机矩阵理论的启发下，我们提出了一种有效的迭代收敛算法来优化波束域的功率分配。数值模拟表明，该算法的保密和速率下限的紧密性和所提出的迭代算法的性能接近最优。
2018-01-09 cs.IT math.IT
Secure Communication for Spatially Sparse Millimeter-Wave Massive MIMO Channels via Hybrid Precoding
在本文中，我们研究了安全通信稀疏毫米波（mm-Wave）的大规模多输入多输出（MIMO）信道，利用空间稀疏的合法用户的信道。我们提出了一种安全的通信方案，其中信息数据被预编码到主导角度分量的稀疏信道通过有限数量的射频（RF）链，而人工噪声（AN）广播在剩余的非主导角度干扰只有窃听者具有很高的概率。结果表明，信道稀疏性在实现安全通信中起着类似于密钥的基本作用。因此，通过定义两个统计措施的信道稀疏性，我们分析其对保密率的影响。特别地，由于不确定性，即，“熵”，由窃听者未知的信道稀疏性引入。结果表明，在功率域的稀疏性总是可以有助于保密率。与此相反，在角度域中，存在一个最佳水平的稀疏性，最大化的保密率。数值仿真结果验证了所提方法和所得结果的有效性。
2019-11-16 cs.IT math.IT
Using Intelligent Reflecting Surfaces for Rank Improvement in MIMO Communications
由可重构超材料组成的智能反射面（IRS）可以用来部分控制无线电环境，从而为无线通信带来新的特性。以前关于IRS的工作特别研究了范围扩展用例，以及在什么情况下新技术可以击败继电器。在本文中，我们研究了另一种可能对信道容量有较大影响的用例：秩改进。点对点MIMO通信的经典瓶颈之一是空间复用提供的容量增益仅在高SNR下较大，并且高SNR信道主要出现在视线（LoS）场景中，其中信道矩阵具有低秩并且因此不支持空间复用。我们演示了如何IRS可以使用和优化，在这种情况下，以增加信道矩阵的秩，导致大量的容量增益。
2020-02-06 cs.IT eess.SP math.IT
Secure Transmission in Multi-Cell Massive MIMO Systems
在本文中，我们考虑在多小区大规模多输入多输出（MIMO）系统的物理层安全供应。具体而言，我们认为安全的下行链路传输在多小区大规模MIMO系统中的匹配滤波器预编码和人工噪声（AN）的生成在基站（BS）的存在下，一个被动的多天线窃听。我们调查所得到的可实现的遍历保密率和保密中断概率的情况下，完美的训练和导频污染。因此，我们考虑两个不同的AN成形矩阵，即，常规AN成形矩阵，其中AN在由所有用户信道形成的矩阵的零空间中发送，以及随机AN成形矩阵，其避免了与寻找大矩阵的零空间相关联的复杂性。我们的分析和数值结果表明，在采用匹配滤波器预编码的多小区大规模MIMO系统中，（1）如果用户和窃听者经历相同的路径损耗，则需要AN代来实现正的遍历保密率，（2）如果窃听者天线的数量太大并且没有足够的功率分配给信道估计，则即使使用AN代也可能无法实现安全传输，（3）对于分配给AN的功率的给定部分和给定数量的用户，在导频污染的情况下，遍历保密率不是BS天线数量的单调递增函数，以及（4）随机AN整形矩阵提供有利的性能/复杂度折衷，并且是传统AN整形矩阵的有吸引力的替代方案。
2014-05-28 cs.IT math.IT
Intelligent Reflecting Surface Assisted Massive MIMO Communications
在实际的大规模MIMO（multiple-input multiple-output）系统中，基站（BS）的天线数量受到空间和成本因素的限制，这限制了理论分析所承诺的吞吐量增益。因此，本文研究了在大规模MIMO系统中采用智能反射面（IRS）进一步提高上行通信波束形成增益的可行性。在这样一个新的系统，中心问题在于IRS是否能够提高网络吞吐量的预期，如果考虑到信道估计开销。在本文中，我们首先表明，没有IRS的传统大规模MIMO系统的良好传播特性，即，任意两个用户的信道是正交的，对于IRS辅助的大规模MIMO系统不再适用，这是由于其特殊的信道特性，即每个IRS单元将来自所有用户的信号通过相同的信道反射到BS。结果，最大比合并（MRC）接收波束形成策略导致较强的用户间干扰，从而导致比不具有IRS的大规模MIMO系统的用户速率更低的用户速率。为了解决这一挑战，我们提出了一种新的策略，迫零（ZF）波束成形设计在BS和反射系数设计在IRS有效地零用户间干扰。根据我们提出的策略，它严格表明，即使考虑信道估计开销，IRS辅助的大规模MIMO系统总是可以实现更高的吞吐量相比，其对应的没有IRS，尽管事实上，有利的传播属性不再持有。
2020-05-05 cs.IT eess.SP math.IT
Large-Scale MIMO Secure Transmission with Finite Alphabet Inputs
在本文中，我们研究了有限字母输入的大规模多天线窃听信道的安全传输。首先，我们分析表明，一个广义奇异值分解（GSVD）为基础的设计，这是最佳的高斯输入，可能会表现出严重的性能损失有限的字母输入的高信噪比（SNR）制度。有鉴于此，我们提出了一种新的逐组GSVD（PG-GSVD）设计，可以有效地补偿GSVD设计所造成的性能损失。更重要的是，PG-GSVD设计的计算复杂性比[1]中的有限字母输入的现有设计低几个数量级，而由此产生的性能损失是最小的。数值结果表明，所提出的PG-GSVD设计可以有效地实现在大规模的多天线系统，并实现了显着的性能增益相比，GSVD设计。
2016-12-26 cs.IT math.IT
Achievable Rate Maximization for Underlay Spectrum Sharing MIMO System with Intelligent Reflecting Surface
在这封信中，可实现的速率最大化问题被认为是智能反射面（IRS）辅助多输入多输出（MIMO）系统中的频谱共享的情况下，在主用户的干扰功率约束。非凸优化问题是具有挑战性的解决，由于其非凸性以及耦合的设计变量的约束。与现有的基于交替优化的算法不同，本文提出了一种基于惩罚对偶分解的梯度投影算法（PDDGP）。我们还提供了一个收敛性证明和所提出的算法的复杂性分析。我们基准的算法对两个已知的解决方案，即最小均方误差为基础的AO算法和块坐标下降的内部近似方法。具体而言，所提出的算法的复杂度线性增长的反射元件的数量在IRS，而这两个基准方法的IRS元件的数量的三次方增长。此外，数值结果表明，所提出的PDDGP算法产生相当高的可达速率比基准解决方案。
2022-06-09 cs.IT eess.SP math.IT
Intelligent Reflecting Surface for MIMO VLC: Joint Design of Surface Configuration and Transceiver Signal Processing
智能反射面具有重构无线电磁环境的能力，是未来无线通信系统设计的新范式。在本文中，我们考虑在多输入多输出（MIMO）环境下，利用光学IRS来改善可见光通信（VLC）的性能。具体来说，我们专注于室内MIMO VLC系统的下行链路通信，并旨在最大限度地减少解调信号在接收机的均方误差（MSE）。为此，首先推导出点源假设下的IRS辅助VLC的MIMO信道增益，基于此MSE最小化问题，然后制定受发射功率约束。接下来，我们提出了一种交替优化算法，它将原问题分解为三个子问题，迭代优化IRS配置，预编码和检测矩阵，以最小化MSE。理论分析了该算法在高信噪比和低信噪比下的性能，揭示了在这种特殊情况下联合优化过程可以得到简化，并讨论了算法的收敛性和计算复杂性.最后，数值结果表明，IRS辅助方案显着降低MSE相比，他们的同行没有IRS，所提出的算法优于其他基线计划。
2022-06-29 cs.IT eess.SP math.IT
Energy Harvesting Fairness in AN-aided Secure MU-MIMO SWIPT Systems with Cooperative Jammer
本文研究了一种多用户多输入多输出保密同步无线信息和功率传输（SWIPT）信道，该信道由一个发射机、一个协作干扰机（CJ）、多个能量接收机（潜在窃听者，ER）和多个共址接收机（CR）组成。我们利用人工噪声（AN）生成的双重性来促进有效的无线能量传输和安全传输。我们的目标是最大限度地提高最小收获的能量之间的ER和CR的保密率约束为每个CR和总发射功率约束。通过引入范数有界信道不确定性模型，提出了一种基于序贯参数凸逼近的迭代算法来寻找近似最优解。最后，仿真结果验证了该算法的性能优于传统的AN辅助方案和CJ辅助方案。
2018-02-01 cs.IT math.IT
Secure Transmission in MIMO-NOMA Networks
这封信的重点是两个用户多输入多输出（MIMO）非正交多址（NOMA）网络的物理层安全。设计了一种线性预编码技术，以确保每个用户的消息的机密性。该技术首先将基站功率在两个用户之间进行拆分，并在此基础上将安全的MIMO-NOMA信道分解为两个MIMO窃听信道，并分别为每个信道设计发送协方差矩阵。与现有的线性预编码方法相比，该方法大大提高了保密率，并在性能和计算成本之间取得了平衡。仿真结果验证了该方法的有效性。
2020-08-13 cs.CR cs.IT eess.SP
Secure Wireless Communication via Intelligent Reflecting Surface
智能反射面（IRS）可以自适应地调整其反射单元的相移，以增强期望信号和/或抑制不期望信号。在这封信中，我们研究了一个IRS辅助安全的无线通信系统中，多天线接入点（AP）发送机密消息给一个单天线用户在一个单天线窃听者的存在。特别是，我们考虑具有挑战性的情况下，窃听信道比合法的通信信道更强，它们在空间上也高度相关。我们通过联合设计AP的发射波束成形和IRS的反射波束成形来最大化合法通信链路的保密率。而由此产生的优化问题是很难解决的，我们提出了一个有效的算法，以获得高质量的次优解，它通过应用交替优化和半定松弛方法。仿真结果表明，所提出的设计显着提高了保密通信速率的情况下，考虑不使用IRS的设置，并优于启发式方案。
2019-05-26 cs.IT math.IT
Secure Massive MIMO Systems with Limited RF Chains
在未来大规模多输入多输出（MIMO）系统的实际部署中，基站（BS）处的射频（RF）链的数量可以比BS天线的数量小得多，以减少总体支出。在本文中，我们提出了一种新的设计框架，联合数据和人工噪声（AN）预编码的多用户大规模MIMO系统与有限数量的RF链，提高了无线安全性能。与不完美的信道状态信息（CSI），我们解析推导出一个可实现的下限上的遍历保密率的任何移动终端（MT），模拟和混合预编码方案。封闭形式的下限是用来确定最佳的数据和AN之间的功率分配，通过简单的一维搜索，最大限度地提高保密率。理论分析和数值计算结果表明，该混合预编码器虽然与理论全维预编码器相比保密率有所降低，但避免了大规模矩阵求逆和零空间计算的高计算复杂性，大大降低了硬件成本.
2016-10-03 cs.IT math.IT
Secure Massive MIMO Transmission in the Presence of an Active Eavesdropper
在本文中，我们研究安全可靠的传输策略，多小区多用户大规模多输入多输出（MIMO）系统中存在一个主动窃听。我们考虑一个时分双工系统，其中上行链路的训练是必需的，一个积极的窃听者可以攻击的训练阶段，造成导频污染的发射机。这迫使在随后的下行链路传输阶段中使用的预编码器隐式地朝向窃听者进行波束成形，从而增加其接收信号功率。我们推导出一个渐近可实现的保密率匹配滤波器预编码和人工噪声（AN）的生成时，发射天线的数量趋于无穷大的发射机。对于手头的可扩展性计划，我们获得了最佳的功率分配策略的发射信号和AN在封闭的形式。对于相关衰落信道的情况下，我们表明，如果用户和窃听者的发送相关矩阵是正交的，可以完全消除的影响，主动窃听。受此启发，我们提出了一种预编码器零空间设计，利用大规模MIMO信道的发射相关矩阵的低秩属性，这可以显着降低窃听能力的主动窃听。
2015-05-06 cs.IT math.IT
Data-Aided Secure Massive MIMO Transmission with Active Eavesdropping
本文研究了具有主动窃听的时分复用多小区多用户大规模多输入多输出（MIMO）系统的保密通信设计。我们假设窃听者在窃听期望用户的下行链路数据传输阶段之前主动攻击上行链路导频传输和上行链路数据传输。我们利用接收到的导频和数据信号进行上行链路信道估计。我们分析表明，当发射天线的数量和数据向量的长度都趋于无穷大时，期望用户和窃听者的信号位于不同的特征空间的接收信号矩阵在基站，如果他们的信号功率是不同的。这一发现表明，降低（而不是增加）的期望用户的信号功率可能是一个有效的方法来打击强大的主动攻击的窃听。受这一结果的启发，我们提出了一个数据辅助安全下行链路传输方案，并推导出一个渐近可实现的保密和速率表达式所提出的设计。数值结果表明，在强主动攻击下，所提出的设计实现了显着的保密率增益相比，采用匹配滤波器预编码和人工噪声生成的传统设计。
2018-01-22 cs.IT math.IT
Joint Active and Passive Beamforming for Intelligent Reflecting Surface-Assisted Massive MIMO Systems
研究了智能反射面（IRS）辅助的大规模MIMO系统的主被动联合波束赋形问题。在该系统中，部署多个IRS，并配置大量无源单元，以辅助基站（BS）在相同的时频资源上同时为少量单天线用户提供服务。我们的目标是最大限度地提高最小信号干扰加噪声（SINR）在用户通过联合优化在BS和IRS相移参数的发射预编码向量。我们表明，一个有趣的自动干扰消除（AIC）的属性渐近地保持无源元件的数量接近无穷大，即，当IRS被最佳地调谐以服务于某个用户时，该IRS将变得对其他用户无干扰。通过利用这个属性，最大-最小问题可以转换为IRS-用户关联问题，其中的目标是确定哪些IRS被分配给每个用户。提出了一种穷举搜索方案和一种贪婪搜索方案来解决IRS-用户关联问题。我们的理论分析表明，我们提出的解决方案达到的SINR的规模与反射元件的数量平方。此外，我们的理论结果表明，即使在BS处具有中等数量的有源天线，也可以通过增加无源反射元件的数量来实现大规模的MIMO类增益，从而显著降低BS处的能量消耗。仿真结果证实了我们的理论结果，并说明我们提出的解决方案的有效性。
2019-12-02 cs.IT eess.SP math.IT
On the Secure Degrees of Freedom of the K-user MAC and 2-user Interference Channels
本文研究了K用户MIMO多址接入和两用户MIMO干扰信道的安全自由度。数目不详的窃听者正试图解码发射机发送的消息。每个窃听者配备有小于或等于已知值NE的天线数量。合法的发射机和接收机被假定为具有全局信道知识。我们提出了两个用户MIMO干扰信道的和SDOF。我们推导出一个上界的总和SDOF的K-用户MAC信道，并提出了一个可实现的方案，部分满足推导出的上界。
2016-03-30 cs.IT math.IT
Secure Massive MIMO Transmission with an Active Eavesdropper
本文研究了多天线主动窃听的多小区多用户大规模多输入多输出（MIMO）系统的安全可靠传输策略。我们考虑一个时分双工系统，其中上行链路的训练是必需的，一个积极的窃听者可以攻击的训练阶段，造成导频污染的发射机。这迫使在随后的下行链路传输阶段中使用的预编码器隐式地朝向窃听者进行波束成形，从而增加其接收信号功率。假设匹配滤波器预编码和人工噪声（AN）在发送端的生成，我们推导出一个渐近可实现的保密率时，发送天线的数量接近无穷大。对于单天线主动窃听者的情况下，我们获得了一个封闭形式的表达式的最佳功率分配策略的发射信号和AN，并找到所需的最小发射功率，以确保可靠的安全通信。此外，我们表明，发射天线的相关分集的预期用户和窃听者可以利用，以提高保密率。事实上，在一定的信道协方差矩阵的正交性条件下，可以完全减轻窃听者引入的保密率损失。
2016-05-11 cs.IT math.IT
Enabling Secure Wireless Communications via Intelligent Reflecting Surfaces
在本文中，我们提出利用智能反射表面（IRSs），以提高无线通信系统的物理层安全性。特别是，被认为是一个IRS辅助安全的无线系统，其中一个多天线发射机与一个单天线接收机在窃听者的存在进行通信。为了最大限度地提高保密率，波束形成器在发射机和IRS相移联合优化。基于块坐标下降（BCD）和最小化最大化（MM）技术，两个有效的算法来解决由此产生的非凸优化问题的小规模和大规模的IRS，分别。仿真结果表明，IRS可以显着提高物理层的安全性，如果采用所提出的算法。此外，我们发现，部署大规模的IRS是更有效的比扩大发射机的天线阵列的大小，以提高保密率和提高能源效率。
2020-02-25 cs.IT math.IT
Secure Degrees of Freedom of MIMO X-Channels with Output Feedback and Delayed CSIT
我们研究了两个用户的多输入多输出（MIMO）X信道的安全传输问题，其中信道状态信息提供了一个单位的延迟到两个发射机（CSIT），每个接收机反馈其信道输出到一个不同的发射机。我们将此模型称为具有非对称输出反馈和延迟CSIT的MIMO X信道。每个发射器配备有M个天线，并且每个接收器配备有N个天线。对于这个模型，占在每个接收器的消息，我们表征的最佳和安全自由度（SDoF）区域。我们表明，在存在非对称输出反馈和延迟CSIT的情况下，MIMO X信道的和SDoF区域与在发射机处具有2 M个天线、在每个接收机处具有N个天线和延迟CSIT的两用户MIMO BC的SDoF区域相同。该结果表明，在非对称输出反馈和延迟CSIT可用时，由于发射机的分布式性质，在和SDoF方面没有性能损失。接下来，我们表明，如果仅将输出反馈传送到发射机，则该结果也成立，但是以对称方式，即，每个接收机将其输出反馈到两个发射机而不反馈到CSIT。我们还研究了仅向发射机提供非对称输出反馈的情况，即，在没有CSIT的情况下，并推导出该模型的SDOF和的下限。此外，我们专门我们的结果的情况下，没有安全约束。特别是，类似的设置与安全约束，我们表明，最佳和DoF区域的（M，M，N，N）-MIMO X-信道与非对称输出反馈和延迟CSIT是相同的DoF区域的两个用户MIMO BC与2 M-天线在发射机，N-天线在每个接收机，和延迟CSI…
2013-09-16 cs.IT math.IT
Secrecy Capacity Maximization for a Hybrid Relay-RIS Scheme in mmWave MIMO Networks
混合中继反射智能表面（HR-RIS）是近年来提出的一种有效的解决方案，可以克服传统全无源反射表面的双重路径损耗和有限的波束形成分集。这促使我们研究HR-RIS在提高多天线窃听存在的毫米波多输入多输出（MIMO）系统的保密容量中的应用。通过交替优化来解决RIS处的发射波束形成器和中继反射系数的联合优化。在所提出的解决方案中，一个封闭形式的表达式，在发射机的最佳发射波束形成器推导出，并提出了一种基于粒子群优化的元启发式解决方案，以优化在HR-RIS的有源和无源元件。仿真结果表明，在不同的场景下，HR-RIS提供了显着的改进，在保密能力相对于传统的被动反射表面。
2022-05-27 cs.ET cs.IT math.IT
