Coding Schemes for Achieving Strong Secrecy at Negligible Cost
我们研究的问题，实现强保密窃听信道在可以忽略不计的成本，在这个意义上保持相同的信道的整体通信速率没有保密约束。具体来说，我们提出并分析了两个源信道编码架构，其中保密性是通过复用公共和机密消息。在这两种情况下，我们的主要贡献是表明，可以实现保密而不损害通信速率，只需要随机性的渐近消失率。我们的第一个源信道编码架构依赖于修改后的窃听信道代码，其中使用源代码的输出执行随机化。相比之下，我们的第二个架构依赖于一个标准的窃听代码与修改后的源代码相结合，称为统一压缩代码，其中一个小的共享秘密种子被用来提高源代码输出的均匀性。我们对均匀压缩码进行了详细的分析，并描述了共享种子的最佳大小。
2016-12-05 cs.IT math.IT
The Degraded Discrete-Time Poisson Wiretap Channel
研究了基于强度调制和直接检测的无线光通信系统中的离散泊松窃听信道（DT-PWC）的退化问题。受非负性，峰值和平均强度以及带宽的限制，我们研究的secondary容量实现输入分布的窃听通道，并证明它是唯一的和离散的有限数量的质量点，其中之一位于原点。此外，我们建立，该窃听信道的速率模糊区域的边界上的每一点也是由一个独特的和离散的输入分布与许多质量点。一般情况下，最优分布的质点个数大于2。这与降级的连续时间PWC相比，当信令带宽不受限制并且其中保密容量和速率模糊区域的整个边界由二进制分布实现时。此外，我们扩展我们的分析的情况下，只有平均强度约束是活跃的。对于这种情况下，我们发现，保密能力和整个边界的率模糊区域是由离散分布与可数\textit{infinite}的质量点，但与许多质量点在任何有界的间隔。
2021-01-26 cs.IT cs.SY eess.SY
On Ergodic Secrecy Capacity of Multiple Input Wiretap Channel with Statistical CSIT
本文研究了多输入单输出单天线窃听信道中的安全传输问题。我们假设合法信道和窃听信道的统计信息是发送端唯一可用的信道状态信息（CSIT）。通过引入一个新的保密容量上界，证明了在不加前缀的情况下，该保密容量是由高斯输入达到的。为了实现这一点，我们形成另一个MISOSE通道的上限，并通过寻找合法和窃听信道系数之间的最差相关性来收紧界限。由此产生的上界是严格的比其他文献中，这是基于修改的相关性在合法的接收器和窃听器的噪声。接下来，我们充分表征遍历保密能力，表明最佳的信道输入协方差矩阵是一个缩放的单位矩阵，与天线之间均匀分配的发射功率。解决这类复杂的随机优化问题的关键是利用遍历保密容量的完全单调性，利用随机序理论。最后，我们的仿真结果表明，所考虑的信道设置，保密容量是有界的高信噪比和大量的发射天线制度。
2012-01-13 cs.IT math.IT
LDPC Codes over Gaussian Multiple Access Wiretap Channel
研究了存在外部窃听者的两用户高斯多址接入信道（GMAC）问题。在这个问题中，窃听者接收到的信号具有较低的信号噪声比（SNR）相比，合法的接收器和所有发送的消息应该保持机密的窃听者。为此，我们提出了一个安全的编码方案，该方案利用低密度奇偶校验（LDPC）码，采用随机比特插入和打孔技术。在每个编码器处，将具有一些随机比特的机密消息系统地编码为随机消息，然后对机密消息的相关联比特进行打孔。接下来，编码器通过高斯多址窃听信道（GMAC-WT）发送其未穿孔比特。应用于LDPC码的打孔分布被认为是在两种情况下：随机和优化。我们利用修改的外部信息传输（EXIT）图分析，以优化每个编码器的打孔分布。安全间隙被用作GMAC-WT上发送的消息的保密措施，其应尽可能小。我们比较了所实现的安全速率对与GMAC-WT的可实现的保密速率区域，以显示所提出的方案的有效性能。在本文中，相等和不等功率的条件下，在发射机进行了研究。对于这两种情况下，我们得到了一个相当小的安全差距，相当于实现GMAC-WT的保密率区域附近的点。
2018-01-18 cs.IT math.IT
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。
2012-02-27 cs.IT math.IT
Novel Secret-Key-Assisted Schemes for Secure MISOME-OFDM Systems
针对多个窃听者存在的上行链路多输入单输出（MISO）正交频分复用（OFDM）系统，提出了一种新的安全传输方案。我们提出的方案利用OFDM系统的子信道的正交性，同时传输数据和秘密密钥符号。基站Bob在一部分子信道上使用窃听编码与合法用户Alice共享秘密密钥符号。同时，Alice使用她的秘密密钥队列中累积的秘密密钥来使用一次性密码（OTP）加密数据符号，并通过剩余的子信道将它们发送给Bob。如果Alice没有在她秘密密钥队列中积累足够的密钥，则她使用窃听编码来保护她的数据传输。我们提出了固定和动态的子信道分配方案来划分数据和密钥之间的子信道。我们推导出该方案的秘密中断概率（SOP）和安全吞吐量。我们量化了系统的安全性，在实际的非高斯传输中，离散信号星座点是由合法的源节点发送。数值结果验证了我们的理论研究结果，并量化不同的系统设计参数的影响。
2021-10-17 cs.IT eess.SP math.IT
Achievable Secrecy Rates over MIMOME Gaussian Channels with GMM Signals in Low-Noise Regime
我们考虑一个窃听多输入多输出多窃听（MIMOME）信道，其中代理爱丽丝的目的是发送一个秘密消息给代理鲍勃，而不泄漏任何信息给窃听代理夏娃。我们假设Alice比Bob和Eve都有更多的天线，并且她只对Eve的信道有统计知识。我们专注于低噪声制度，并评估的保密率，是可实现的秘密消息时，确定的分布的多变量高斯混合模型（GMM）的实现生成和通过信道传输。特别是，我们表明，如果夏娃有较少的天线比鲍勃，秘密传输总是可能在低噪声。此外，我们表明，在低噪声的限制，我们的计划的保密能力与其无约束的能力相一致，通过提供一类协方差矩阵，允许达到这样的限制，而不需要窃听编码。
2014-04-13 cs.IT math.IT
Secret-key Agreement with Channel State Information at the Transmitter
研究了带状态参数的窃听信道上秘密密钥协商的容量。发射机与合法接收机和窃听者通过具有无记忆状态序列的离散无记忆窃听信道进行通信。发射机和合法接收机生成共享的秘密密钥，该密钥对窃听者保持秘密。没有公共讨论频道。状态序列对于发送器是无因果关系地已知的。我们推导出秘密密钥容量的上下界。下界涉及在合法终端处构造公共状态重构序列，并且对重构序列的集合进行分箱以获得秘密密钥。对于具有加性干扰的高斯信道（来自脏纸信道的秘密密钥）的特殊情况，我们的界限相差0.5比特/符号，并且在高信噪比和高干扰噪声比制度中一致。对于合法接收者也被揭示状态序列的情况，我们建立了我们的下界达到了秘密密钥容量。此外，对于这种特殊的情况下，我们还提出了另一种方案，达到的容量，只需要因果边信息在发送器和接收器。
2010-09-17 cs.IT math.IT
Smoothing of binary codes, uniform distributions, and applications
该研究采用Rényi散度刻画编码经噪声作用后接近均匀分布的情形，推导渐近完美平滑的最小编码速率，明确可实现强保密的嵌套Reed-Muller码族，并建立平滑与纠错的关联。
2023-09-26 cs.IT math.IT
Path-Controlled Secure Network Coding
本研究提出路径控制的通用强斜坡安全网络编码（PUSNEC），通过高效多树路径查找与SNC结合，实现可扩展的安全多播，达到多播容量和信息论安全性，并量化了保密-可靠性权衡。
2025-09-25 cs.IT math.IT quant-ph
Key and Message Semantic-Security over State-Dependent Channels
我们研究了秘密消息（SM）和秘密密钥（SK）的速率之间的权衡，同时实现在一个状态相关的（SD）窃听信道（WTC）与非因果信道状态信息（CSI）在编码器。该模型将CSI可用性的其他实例作为特殊情况，并要求出于可靠性和安全性目的有效利用状态序列。基于作者过去工作的启发，基于叠加编码方案推导出语义安全（SS）SM-SK容量区域的内界。该地区被证明达到一定的SD-WTC类的能力。利用强软覆盖引理的两个版本建立了SS。导出的区域产生了对Prabhakaran等人报道的先前最佳已知的SM-SK权衡结果的改进，并且，据我们所知，即使语义安全性要求放宽到弱保密性，对于这种设置，也基于SM或SK的所有其他现有下限。它表明，我们的区域可以严格大于在前面的作品中所报道的。
2019-06-07 cs.IT math.IT
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。
2015-01-21 cs.IT math.IT
Simple Bounds for the Symmetric Capacity of the Rayleigh Fading Multiple Access Channel
本文研究单天线独立同分布瑞利慢衰落多址接入信道的通信问题，建立了对称速率协议可达速率分布的紧界，给出分集-复用权衡的非渐近对应结果，并提出一种实用有效编码架构。
2019-08-29 cs.IT math.IT
Space-Time Block Diagonalization for Frequency-Selective MIMO Broadcast Channels
用于频率平坦MIMO广播信道的最相关的线性预编码方法是块对角化（BD），其在某些条件下获得相同的非线性脏纸编码信道容量。然而，BD不容易被转换为频率选择性信道，因为收发器设计需要空时信息。在本文中，我们证明了BD在频率选择性MIMO广播信道中是可行的，以消除用户间干扰（IUI），如果发射块长度足够大，如果发射天线的数量大于用户的数量。我们还提出了三种不同的方法来减轻/消除块传输中的符号间干扰（ISI）：i）基于时间反演的BD（TRBD），其仅使用发射机处理来最大化接收机周围的空间聚焦，ii）均衡BD（EBD），其仅使用发射机处理来最小化ISI，以及iii）联合处理BD（JPBD），其在发射机和接收机处使用线性处理来抑制ISI。我们分析了这些技术的理论多样性和复用增益，我们证明，JPBD接近充分的复用增益为一个足够大的传输块长度。大量的数值仿真表明，所提出的方法的可达速率和错误性能的概率，提高了传统的时间反转波束形成。此外，JPBD为频率选择性MIMO广播信道提供了最高的可实现速率区域。
2016-08-21 cs.IT math.IT
The Sender-Excited Secret Key Agreement Model: Capacity, Reliability and Secrecy Exponents
本文考虑了当信源由发送方随机激励且存在一个无噪声的公共讨论信道时的秘密密钥生成问题。因此，我们的设置是类似于最近的作品与动作依赖状态的通道，其中通道状态可能会受到一些参与方。我们通过一种信源仿真分析，推导出秘密密钥容量的单字母表达式。我们还推导出可实现的可靠性和保密指数的下界，即，解码错误概率和信息泄漏概率的指数衰减率。这些指数允许我们确定一组强可实现的秘密密钥速率。对于退化的窃听者的最大强可达到的速率等于秘密密钥的能力，我们的指数也可以专门以前已知的结果。在推导出我们的强可验证性结果时，我们引入了一种编码方案，该方案结合了窃听编码（以激发信道）和密钥提取（从剩余随机性中提取密钥）。秘密密钥容量自然地被看作是源和信道类型随机性的组合。通过例子，我们说明了一个基本的相互作用之间的部分秘密密钥率由于每种类型的随机性。我们还说明了固有的权衡之间的可实现的可靠性和保密指数。我们的新计划也自然地考虑到公众讨论的利率限制。我们表明，在速率约束下，我们能够实现更大的速率比那些可以通过一个纯源仿真策略。
2013-10-10 cs.CR cs.IT math.IT
On the Secrecy Capacity of Fading Channels
我们考虑在存在窃听者的情况下，信息在遍历衰落信道上的安全传输。我们的窃听器可以被看作是怀纳窃听器的无线版本。这种系统的保密能力的特点下的假设渐近长的相干间隔。我们首先考虑完整的信道状态信息（CSI）的情况下，发射机有机会获得合法的接收机和窃听者的信道增益。当在发射机处仅知道合法接收机的CSI时，在该完全CSI假设下的保密容量用作保密容量的上限，这在下面被表征。在每种情况下，完美的保密容量，以及最佳的功率和速率分配策略。然后，我们提出了一个低复杂度的开/关功率分配策略，实现接近最佳的性能，只有主信道CSI。更具体地说，该方案被证明是渐近最优的平均信噪比趋于无穷大，有趣的是，在完整的CSI假设下，达到保密容量。值得注意的是，我们的研究结果揭示了衰落对保密能力的积极影响，并建立了基于主信道CSI的速率自适应的关键作用，以促进慢衰落信道上的安全通信。
2006-10-17 cs.IT math.IT
MIMO Systems With Low-Resolution ADCs: Linear Coding Approach
本文研究了一种采用低分辨率模数转换器的多输入多输出系统。在该系统中，本文提出了一种新的MIMO检测方法，利用编码理论。所提出的方法的主要思想是通过利用$p$电平量化器和格码两者将非线性MIMO信道变换为线性MIMO信道，其中$p\geq 2$。在变换到有限输入输出单元的线性MIMO信道后，利用代数编码理论，提出了同时获得分集增益和复用增益的MIMO检测方法。特别是，使用所提出的方法，可实现的速率的分析特性，推导出不同的MIMO配置。一个主要的观察结果是，所提出的方法对于具有使用几个比特的ADC的大型MIMO系统特别有用。
2016-10-25 cs.IT math.IT
Secure Precise Wireless Transmission with Random-Subcarrier-Selection-based Directional Modulation Transmit Antenna Array
本文提出了一种基于正交频分复用（OFDM）和定向调制（DM）的无线传输方案，即RSCS-OFDM-DM，该方案综合利用人工噪声（AN）投影、相位对准（PA）/波束形成、随机子载波选择（RSCS）等多种技术，将保密信息安全、准确地传输到期望用户。该RSCS-OFDM-DM方案为发射机和期望的接收机提供了极其低的复杂度结构，并且使得安全和精确的无线传输在实践中是可实现的。对于非法窃听者来说，机密消息的接收能力非常弱，一旦被AN破坏，他们的接收机就无法成功地拦截这些机密消息。在这种方案中，相位对准/波束形成向量和AN投影矩阵的设计密切依赖于期望的方向角和距离。特别要注意的是，RSCS的使用导致重要的结果，即机密消息的接收功率主要集中在期望接收器周围的小的相邻区域上，并且其功率的仅小部分泄漏到剩余的大的宽区域。这个概念被称为安全精确传输。推导了实时接收信干噪比（SINR）的概率密度函数。同时，得到了平均信干噪比及其紧上界。通过分析信干噪比的第一个零值位置，明确窃听区域，推导出平均保密率的近似封闭表达式。
2017-05-27 cs.IT math.IT
Flexible-Duplex Cell-Free Architecture for Secure Uplink Communications in Low-Altitude Wireless Networks
Purple Mountain Laboratories（紫金山实验室）；National Mobile Communications Research Laboratory, Southeast University（东南大学移动通信国家重点实验室）
本文提出了一种灵活双工无源架构，通过动态调整接入点模式和生成人工噪声，提升低空无线网络中无人机上行通信的安全性。
2026-01-07 cs.IT eess.SP math.IT
The Streaming-DMT of Fading Channels
我们考虑在块衰落多输入多输出（MIMO）信道上的消息流的顺序传输。新消息到达每个相干块的开始，并且在延迟$T$相干块之后，要求解码器顺序地输出每个消息。在当$T=1$时的特殊情况下，建立简化为准静态衰落信道。我们建立了最佳的分集复用折衷（DMT）在高信号噪声比（SNR）制度，并表明它等于$T$倍的DMT的准静态信道。相反的是基于利用延迟约束来放大与消息相关联的局部中断事件，全局地跨越所有相干块。这种方法似乎是新的。我们提出了两种编码方案，实现最佳DMT。第一种方案涉及消息的交织，使得每个消息跨$T$连续的相干块发送。该方案需要在编码器和解码器处的延迟约束的知识。我们的第二编码方案涉及顺序树码并且是延迟通用的，即，编码器不需要知道解码延迟。然而，在该方案中，我们要求相干块长度增加为$\log\mathrm{({SNR})}$，以获得最佳DMT。最后，我们讨论的情况下，当多个消息到达均匀的时间间隔{ \em内}每个相干周期。通过一个简单的例子，我们展示了次优交织，并提出了另一种方案，实现最佳DMT。
2014-08-12 cs.IT math.IT
Optical Intelligent Reflecting Surface Assisted MIMO VLC: Channel Modeling and Capacity Characterization
虽然多天线或所谓的多输入多输出（MIMO）传输已经成为过去几代基于射频（RF）的无线通信系统的使能技术，但是其在可见光通信（VLC）中的应用仍然面临着严峻的挑战，因为在VLC信道中由于其强空间相关性而难以获得MIMO空间复用增益。在本文中，我们解决这个问题，部署在环境中的光学智能反射表面（OIRS），以提高MIMO VLC的能力。首先，基于VLC中的极近场信道条件，我们提出了一种新的OIRS辅助MIMO VLC的信道模型，并揭示了其特有的“无串扰”特性，其中OIRS反射元件可以分别配置为与一对发射天线和接收天线对准，而不会相互产生串扰。接下来，我们在不同的实际功率约束下表征OIRS辅助的MIMO VLC容量，然后通过联合优化OIRS元件对准和发射机发射功率来最大化它们。特别是，对于优化OIRS元件对齐，我们提出了两种算法，即位置辅助的邻近点算法和基于log-det的交替优化算法，以平衡性能与复杂度的权衡，而最佳发射机发射功率以封闭形式导出。数值结果表明，OIRS辅助的MIMO VLC比无OIRS的VLC容量有明显的提高，并且与基线方案相比，该算法具有更好的性能.
2023-02-08 cs.IT math.IT
Broadcast Channels with Delayed Finite-Rate Feedback: Predict or Observe?
大多数多用户预编码技术需要准确的发射机信道状态信息（CSIT），以保持用户之间的正交性。这样的技术已被证明在时变信道中相当脆弱，因为CSIT由于估计和反馈延迟以及量化噪声而固有地不完美。最近由Maddah-Ali和Tse（MAT）提出的替代方法允许多输入单输出（MISO）广播信道（BC）中的显著复用增益，即使具有完全陈旧（即，与当前信道状态不相关）的发送CSIT。对于$K$用户，他们的方案声称相对于在MISO BC中可获得的全$K$自由度（DoF），对于大的$K$具有完美的CSIT，仅损失$\log(K)$因子。然而，他们的结果没有考虑反馈的成本，这在高迁移率（短信道相干时间）中可能非常大。在本文中，我们更仔细地检查MAT方案，并将其DoF增益与单用户传输（总是达到1 DoF）和部分CSIT线性预编码（达到$K$）进行比较。特别是，假设信道相干时间是$N$符号周期和反馈延迟是$N_{\rm fd}$，我们表明，当$N < (1+o(1)) K \log K$（短相干时间），单用户传输性能最好，而对于$N> (1+o(1)) (N_{\rm fd}+ K / \log K)(1-\log^{-1}K)^{-1}$（长相干时间），迫零预编码优于其他两个。MAT方案对于中间相干时间是最佳的，即使考虑到反馈成本，中间相干时间对于实际参数选择来说确实是相当大且显著的范围。
2011-05-18 cs.IT math.IT
Near Capacity Signaling over Fading Channels using Coherent Turbo Coded OFDM and Massive MIMO
推导了在衰落信道中无差错传输所需的最小平均信噪比（SNR），并证明了该信噪比等于加性高斯白噪声（AWGN）信道的SNR，即$-1.6$ dB。针对Turbo编码的多输入多输出（MIMO）正交频分复用（OFDM）系统，提出了一种用于定时和载波同步以及信道估计的离散时间算法。仿真结果表明，使用两个发射天线和两个接收天线，在每比特平均SNR为5.5 dB时，可以实现$10^{-5}$的出错率。然后，我们提出了一种近容量信令方法，其中每个发射天线使用不同的载波频率。使用近容量的方法，我们表明，它是可能的，以实现$2\times 10^{-5}$的BER在平均SNR每比特仅为2.5 dB，每个发射天线一个接收天线。当每个发射天线的接收天线的数目增加到128时，则在1.25 dB的每比特平均SNR下获得$2\times 10^{-5}$的BER。在所有情况下，发射天线的数量为2，并且频谱效率为1比特/传输或1比特/秒/Hz。换句话说，每个发射天线发送0.5比特/传输。只要每个发射天线使用不同的载波频率，就可以通过增加发射天线的数量来获得更高的频谱效率，而不会损失BER性能。近容量方法的发射信号频谱可以通过脉冲整形来限制。在所有的仿真中，使用了四状态Turbo码。对应的turbo解码器使用八次迭代。该算法可以在可编程硬件上实现，并且有很大的并行处理范围。
2017-11-28 cs.IT math.IT
